Rayonnement fossile

[Emmanuel Laude]

Bonjour,

Il y a longtemps que le big bang est fini.
Pourquoi voyons-nous encore ses rayons?
Pendant combien de temps va t-on encore les voir?

Merci

Emmanuel
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[saint.112]

La question revient régulièrement. Je suppose que tu as regardé l’article Fond diffus cosmologique.

Il y a longtemps que le big bang est fini.
Pourquoi voyons-nous encore ses rayons?

Le fond diffus cosmologique n’a pas été émis au moment du Big Bang mais bien après.
Dans les premiers temps après le Big Bang les conditions de température et de pression étaient telles que la matière, composée d'hydrogène et d'hélium, était ionisée, c'est à dire sous forme de plasma, c'est à dire avec les noyaux et les électrons séparés. Cela signifie qu’il n’y avait que des particules chargées : protons et électrons. Du fait de l’interaction des photons avec les particules chargées ce milieu est opaque à tout rayonnement électromagnétique¹.
Vers l'an 380 000, la température ayant suffisamment baissé, vers 3000 K, les noyaux et les électrons ont formé des atomes. C'est ce qu'on appelle la recombinaison, et ce gaz est devenu transparent, ce qu'on appelle aussi le découplage du rayonnement, car les atomes non ionisés sont neutres.
L'univers était donc devenu un vaste nuage d'hydrogène et d'hélium neutre, quasi homogène, d'une température quasi uniforme, chaque atome émettant un rayonnement électromagnétique, avec un spectre de corps noir à 3000 K. Il ne faut donc pas perdre de vue que ça partait de partout dans toutes les directions : chaque atome dans tout l'univers émettait le même rayonnement à un minuscule poil près. Autrement dit le rayonnement de chaque atome de tout l'univers pouvait se propager dans toutes les directions dans un milieu désormais transparent.
Sachant que nous sommes en un point A de l'univers et que celui-ci a connu un accroissement de volume considérable, nous recevons aujourd'hui les photons des atomes répartis sur une sphère ayant A pour centre, tels qu'ils ont mis plus de 13 milliards d'années pour nous parvenir. Autrement dit pour des ET vivant quelque part sur cette sphère nous sommes sur leur fond diffus à eux.
Du fait de la distance et de la vitesse de récession la température de couleur de ce rayonnement, autrement dit sa fréquence, a considérablement diminué et nous apparait à ~2,7 K.

Nico

1) C'est ce qui se produit quand un engin spatial comme la navette rentre dans l'atmosphère. L'échauffement de l'air par le frottement est tel qu'il est entouré d'un plasma qui bloque toute communication radio. Elle subit donc un black-out le temps que l'échauffement diminue.

Pendant combien de temps va t-on encore les voir?

Pendant encore un bail mais il ne va pas cesser de diminuer.

Nico

[Emmanuel Laude]

Cher Saint.112,


Merci du temps que vous avez passé à me répondre mais je savais tout ça ou presque.
C’est de ma faute, j’ai été imprécis dans mon récapitulatif d’introduction à la question.
J’ai écrit «*big bang*» car on est proche du big bang mais c’est en effet plus tard que la lumière s’est «*libérée*».
Merci de votre rappel de ce qu’est le rayonnement focile mais vous ne répondez pas à la question. Elle est très précise. Je ne comprends pas pourquoi nous recevons toujours cette «*lumière*» étant donné l’âge de la source. Je sais que nous voyons des étoiles mortes mais ça ne durera pas toujours.
La deuxième partie de cette question est presque la plus importante. Qui ne saurait y répondre avec précision n’a pas tout compris je pense : pendant encore exactement combien de temps pourra t-on le voir?
Je me figure que seul le calcul nécessaire à cette réponse serait sérieux. Et une explication de ce calcul conviendrait, à moi, comme à ceux ici qui ne sont pas matheux

Je suis lassé d’entendre parler du fond diffus cosmologique comme d’une photo de l’univers primordial. Pour pendre une photo il faut être là au bon moment. Ni avant, ni après. On devrait parler d’un film déjà, depuis le temps, très court soit-il, qu’on l’observe.

Pourquoi, lors des nombreuses tentatives de vulgarisations qu’on rencontre, personne n’évoque cet aspect? Combien de temps à duré la scène dont ces rayons font le film (pas la photo), pourquoi le voyons-nous encore et pendant combien de temp le verrons nous encore, exactement?


Cordialement

Emmanuel

[pm42]

Je ne comprends pas pourquoi nous recevons toujours cette «*lumière*» étant donné l’âge de la source.

Parce que la source, c'est tout l'Univers. Donc à un instant, on reçoit des photons qui ont du mettre 13.8 milliards d'années pour nous arriver. La seconde d'après, on reçoit ceux qui ont été émis d'un peu plus loin et qui dont ont mis 13.8 milliards d'années + 1 sec pour arriver.

pendant encore exactement combien de temps pourra t-on le voir?

Il n'y a pas de limite de temps à part que la température baisse à cause de l'expansion et qu'il deviendra donc plus compliqué à détecter.

En fait, je suis lassé d’entendre parler du fond diffus cosmologique comme d’un photo de l’univers primordial. Pour pendre une photo il faut être là au bon moment. Ni avant, ni après. On devrait parler d’un film déjà, depuis le temps, très court soit-il, qu’on l’observe.

Non parce qu'on ne peut pas raisonner par analogie avec notre quotidien. Sinon, on conclut que la Terre est plate et que le temps est absolu.

Dans le cas présent, on a des photons qui ont été émis partout et dans toutes les directions au même moment (en gros) par un Univers très homogène. C'est donc bien une photo qu'on voit de cet instant. On reçoit juste des morceaux différents de la photo à chaque instant mais comme elle tous les morceaux se ressemblent, ce n'est pas bien grave.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Emmanuel Laude]

Parlons de photo si vous voulez car ça évolue peu mais, à partir du moment où il y a un siècle que voulais faire une photo et que je pourrais encore en faire une dans un siècle, il existe bien une potentielle vidéo de deux siècles à faire. Le jeune univers n’était pas figé non? Donc il évoluait. Ok notre vidéo ne serait peut-être pas un film d’action mais pourquoi insister sur la métaphore de la photo?

Dans votre réponse vous localisez spatialement la source alors que ma question porte essentiellement sur sa localisation temporelle. De quand à quand dur la scène qu’on observe et jusqu’à quand pourra t-on le faire?

Merci quand même pour votre réponse pm42

[Sofaminou]

De quand à quand dur la scène qu’on observe et jusqu’à quand pourra t-on le faire?

De quand à quand...hum..du "début" jusqu'à la fin...quand à l'observation du rayonnement fossile, celui-ci devenant de plus en plus faible, cela dépendra de futurs moyens de détection...à ce jour, on est tranquille pour des générations et des générations (et encore plus...). Donc en l'état actuel de notre technologie, dans une époque future très éloignée, on ne pourra plus rien capter à cause du décalage vers le rouge de ces photons (mais ils seront tjrs là), après comme on sait pas ce que nous réserve notre avenir technologique (entre autre), peut-être pourra t on les observer même si ces photons ont une température de milliardième de milliardième de Kelvin...

[pm42]

Parlons de photo si vous voulez car ça évolue peu mais, à partir du moment où il y a un siècle que voulais faire une photo et que je pourrais encore en faire une dans un siècle, il existe bien une potentielle vidéo de deux siècles à faire.

Encore une fois, on ne peut pas utiliser son intuition et ce genre de comparaison pour des phénomènes cosmologiques.

Le jeune univers n’était pas figé non? Donc il évoluait. Ok notre vidéo ne serait peut-être pas un film d’action mais pourquoi insister sur la métaphore de la photo?

Parce que c'est une photo du moment où les photons ont pu commencer à circuler. Pas un film de l'évolution de l'Univers.

Dans votre réponse vous localisez spatialement la source alors que ma question porte essentiellement sur sa localisation temporelle.
De quand à quand dur la scène qu’on observe et jusqu’à quand pourra t-on le faire?

### la localisation temporelle est 380 000 ans après le Big-Bang.

[Emmanuel Laude]

pm42 :
"Parce que c'est une photo du moment où les photons ont pu commencer à circuler. Pas un film de l'évolution de l'Univers."

Le rayonnements fossile seraient donc la trace du moment précis où les photons ont pu commencer à circuler, 380 000 ans après le Big-Bang?
Et donc, comme il s'agit d'une photo, c'est très très court. Il y aurait donc eu comme un flash?
Quand je demande de quand à quand dur la scène vous rappelez que vous avez déjà répondu mais c'est à moitié vrai seulement. Dans "de quand à quand" il y "à quand" et à cela vous ne répondez pas.

En refusant de repenser cette question avec les concepts de vulgarisation que je vous propose, vous semblez dire qu'il s'agit d'une belle coïncidence : L'humanité s'est doté du pouvoir de prendre en photo un instant ponctuel de l'univers pile au moment où, à la vitesse de la lumière, il nous parvenait.
Je vous rappelle que le titre de ma question est Rayonnement fossile et pas La photo qu'en fait Plank...

Sofaminou :
Merci pour cette explication. Pouvez-vous m'expliquer pourquoi cette "lueur" décroit?
Est-ce parce que la source du lumière que nous percevons en différé décroit, est-ce lié à l'expansion, les deux?

[pm42]

Le rayonnements fossile seraient donc la trace du moment précis où les photons ont pu commencer à circuler, 380 000 ans après le Big-Bang?

C'est très exactement ce que c'est. Voir par exemple https://fr.wikipedia.org/wiki/Fond_diffus_cosmologique

Et donc, comme il s'agit d'une photo, c'est très très court. Il y aurait donc eu comme un flash?

Encore une fois, l'utilisation des concepts comme "photo" ou "vidéo" est à prendre avec des pincettes mais oui, c'est le principe : l'Univers était opaque puis il s'est refroidi assez pour devenir transparent aux photons.

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vous semblez dire qu'il s'agit d'une belle coïncidence : L'humanité s'est doté du pouvoir de prendre en photo un instant ponctuel de l'univers pile au moment où, à la vitesse de la lumière, il nous parvenait.

Je n'ai jamais dit cela, vous ne prenez pas en compte le fait qu'il arrive en permanence parce qu'il a été émis de partout.
C'était dans la toute 1ère explication.

Il me semble que vous ne lisez pas vraiment les réponses mais que vous êtes bloqué sur votre 1ère interprétation et que depuis, vous filtrez tout ce qui vous est dit tant que cela ne correspond pas à cette image fausse que vous avez.

[Emmanuel Laude]

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vous ne prenez pas en compte le fait qu'il arrive en permanence parce qu'il a été émis de partout.

C'est peut-être ça que j'ai eu tant de mal à comprendre. Tout le temps CAR partout.
Vous l'écrivez comme une évidence alors que ca suppose de savoir que l'univers se dilate au moins aussi vite que la lumière.
C'était c'est là la réponse à ma question je crois.

Etant donné la patience dont vous avez fait preuve ça me fait mal aux doigts de vous remercier mais je dois tout de même le faire : merci

[pm42]

ca suppose de savoir que l'univers se dilate au moins aussi vite que la lumière.

L'Univers se dilate à un taux : tout s'éloigne et plus c'est loin, plus cela s'éloigne vite. Mais toute une partie ne s'éloigne pas "au moins aussi vite que la lumière" sinon on ne verrait rien.

[Emmanuel Laude]

Bien sûr. Il faut bien que nous ne nous éloignons pas aussi vite que la lumière pour que cette lumière résiduelle puissent nous arriver... Merci

[mach3]

Cette réponse de Gilgamesh dans un ancien fil aidera peut-être à comprendre :

Une analogie pour compléter. Imagine que tu es au sein d'une foule qui s'étend à infini. En un moment donné, tous les monde tape du pieds, une seule fois, partout en même temps. Ce claquement des talons, c'est l'analogie de la lumière qui se libère du brouillard initial au même instant dans tout l'univers. On va imaginer que le sol est une surface élastique où les ondes se propagent en cercles concentriques a une vitesse de 10 m par seconde avec une longueur d'onde de 1 mm. Au bout de 1 s tu écoutes celui du le cercle des gens situés à 10 m de toi, à 10 s celui situé à 100 m de toi, etc. Il y a de plus en plus de gens, mais ils sont situé de plus en plus loin, et les deux se compensent. Tu entends donc un son continu, pendant une durée infinie. C'est l'analogue du rayonnement fossile.

Sauf que l'intensité devrait rester la même. Le rayonnement ayant été émis à 3000 K, on devrait être dans un four incandescent.

Il faut imaginer ensuite que la surface de propagation est élastique et grandit en permanence. Les gens s'éloignent de toi proportionnellement à leur distance, et l’extension de la surface fait que la longueur d'onde qui se propage grandit proportionnellement à la surface. la vibration est de plus en plus dans les graves c'est l'analogue du redshift cosmologique qui s'applique au rayonnement fossile.

m@ch3

[Emmanuel Laude]

Merci Mach3 pour la citation.
Pour le reste, ne vous en faite pas, ca m'a appris la patience, bonne exercice dans le fond