Paradoxe d'Olbers (suite)

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

La question de la noirceur du ciel de nuit est un vieux sujet.
https://www.futura-sciences.com/scie...e-il-noir-866/

Deux explications sont proposées :

- la première semble due à Edgar Allan Poe dans son livre Eureka : la lumière de la plupart des étoiles n'a pas eu le temps de nous parvenir.

- la deuxième impliquerait l'expansion universelle : les longueurs d'onde de la lumière visible seraient allongées vers l'infrarouge et la lumière visible deviendrait invisible à l'oeil.

Mais voici mon interrogation :
Les étoiles émettent également dans des domaines de plus haute fréquence : ultraviolet, X, gamma.
Par conséquent, suivant le même raisonnement mais a contrario, est-ce qu'une partie de ces émissions, initialement invisibles pour nous, ne voient pas leurs longueurs d'onde également s'allonger et cette fois entrer dans le champ du visible ?
Donc, de même que de la lumière visible devient invisible, de la lumière invisible ne devrait-elle pas devenir visible, et en quelque sorte la remplacer ?
-----

[Deedee81]

Salut,

Ca c'est une bonne remarque en effet, même si cette part du rayonnement est plus faible la même question se pose.

Pour des rayonnements dans le visible ou radio, l'effet du redshift est l'effet principal.
Mais pour des rayonnements "durs" la limite est surtout la distance finie due à l'âge fini de l'univers, en fait un peu moins (avant l'émission du rayonnement fossile, l'univers était opaque).

Et en effet pour des objets particulièrement lointain on a un passage d'une partie du rayonnement dans le spectre visible. Mais ça reste quand même assez "modéré". Le rayonnement fossile a été émis dans les UV (3 à 4000 degrés) et est actuellement dans les radio. Mais pour le rayonnement X ça reste hors du spectre visible (ou au-delà).

[Deedee81]

Déplacé en pédagogie astrophysique, c'est mieux là (au moins pour le moment)

[Gilgamesh]

Bonjour,

La question de la noirceur du ciel de nuit est un vieux sujet.
https://www.futura-sciences.com/scie...e-il-noir-866/

Deux explications sont proposées :

- la première semble due à Edgar Allan Poe dans son livre Eureka : la lumière de la plupart des étoiles n'a pas eu le temps de nous parvenir.

- la deuxième impliquerait l'expansion universelle : les longueurs d'onde de la lumière visible seraient allongées vers l'infrarouge et la lumière visible deviendrait invisible à l'oeil.

Mais voici mon interrogation :
Les étoiles émettent également dans des domaines de plus haute fréquence : ultraviolet, X, gamma.
Par conséquent, suivant le même raisonnement mais a contrario, est-ce qu'une partie de ces émissions, initialement invisibles pour nous, ne voient pas leurs longueurs d'onde également s'allonger et cette fois entrer dans le champ du visible ?
Donc, de même que de la lumière visible devient invisible, de la lumière invisible ne devrait-elle pas devenir visible, et en quelque sorte la remplacer ?

Concrètemment le redshift cosmologique maximal mesurable, celui du fond radio cosmologique, est de 1100. Cela signifie comme mentionné par DD que même si le jeune univers a émis au départ des photons de très haute énergie, le faible libre parcours moyen dans le plasma opaque a fait qu'ils ont été diffusés et réemis à plus basse énergie avant de nous parvenir.

Toutefois, si ce n'était pas le cas, c-à-d : si l'univers avait été transparent depuis l'origine, le fond radio aurait le même spectre thermique à 3K : certes on verrait une coquille de plasma qui était plus chaude à l'émission, mais on la verrait affectée d'un redshift plus élevé et les deux effets se compenseraient exactement.

A des redshift beaucoup plus bas (z<20) correspondant aux premières étoiles / galaxies / quasars, cet effet de décallage est par contre tout à fait perceptible et produit exactement ça : du rayonnement UV émis par des objets très chauds qui passe dans l'optique voire dans l'infrarouge. C'est la base du redshift photométrique, qui est une technique qui permet de discriminer rapidement grâce à une batterie de filtres sur un grand champs les plus vieilles galaxies, sans faire appel à la spectroscopie (nécessitant une mesure compliquée à obtenir pour chaque source individuellement, qui peuvent se compter par dizaines de milliers sur un champs profond et très gourmande en lumière, alors qu'on mesure des objets faibles).


Plus de détail dans ce document : Mesurer la distance des galaxies lointaines (chapitre 3)

[A voir en vidéo sur Futura]

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

Compris. Merci beaucoup.
Donc en fait, il y a bien du rayonnement UV initial qui devient de la lumière visible, mais il ne parvient pas à compenser "l'effacement" à l'oeil de la lumière visible initiale devenue du rayonnement IR.
Quant au rayonnement X, il est de toute façon trop court pour devenir visible.

Plus de détail dans ce document : Mesurer la distance des galaxies lointaines (chapitre 3)

Mon Kaspersky n'est pas content, et ne veut pas me l'ouvrir : "site non digne de confiance" !

[Deedee81]

Mon Kaspersky n'est pas content, et ne veut pas me l'ouvrir : "site non digne de confiance" !

Salut, moi je n'ai pas de problème (et au SPW ils sont quand même vachement stricts)

[Gilgamesh]

C'est un site en http:// au lieu de https:// mais sinon c'est un site de l'ENS donc safe, j'espère

Sinon je recopie le 1e paragraphe:

Chapitre 3 Redshift photométrique

La photométrie est une autre façon de déterminer le redshift d’un objet à partir des mesures de sa magnitude apparente à travers différents filtres. Cette technique a été développée pour la première fois par Baum (1962). On peut distinguer deux types d’approches permettant de mesurer le redshift photométrique : les méthodes utilisant des modèles de spectres de galaxies et les méthodes empiriques de type « apprentissage automatique ». 1 L’ajustement de modèles C’est une procédure qui permet d’obtenir le redshift photométrique. Elle est basée sur la détection de motifs particuliers dans le spectre des galaxies à partir des mesures de magnitude dans différents filtres et sur l’ajustement de l’allure globale du spectre par rapport à une bibliothèque de spectres de référence. La Figure 3.1 montre quelques exemples d’ajustement pour plusieurs modèles de galaxies. Afin d’obtenir des résultats plus précis, l’ensemble de filtres utilisé doit être choisi de façon à encadrer certaines caractéristiques du spectre des galaxies. On utilise généralement la brisure à 4000 Å ; mais aussi les raies de Balmer - correspondant à la série de Balmer de l’hydrogène - et la brisure de Lyman à 912 Å. Les magnitudes photométriques observées sont alors comparées à celles obtenues via l’échantillon de spectres de référence. Ces spectres de référence sont soit observés soit simulés par ordinateur. La valeur du redshift est soit directement la valeur du redshift du modèle soit elle est interpolée à partir des modèles les plus proches selon le meilleur ajustement de la SED photométrique via la minimisation du χ 2 . Bien que cette méthode soit largement utilisée et permette d’accéder à une estimation du redshift pour de très nombreux objets, on peut noter certaines limitations d’une telle approche. En effet, si les modèles ne sont pas représentatifs de l’échantillon de galaxies, alors l’estimation du redshift de certains objets sera biaisée. On peut également noter divers effets tels que : – La dégénérescence entre redshift et brillance : une galaxie peu brillante à bas redshift peut avoir la même signature qu’une galaxie lointaine et brillante. – La confusion entre les discontinuités Lyman et Balmer. Les erreurs de redshifts, très importantes, sont alors qualifiées de catastrophiques.

[Ernum]

Salut,

Mon Kaspersky n'est pas content, et ne veut pas me l'ouvrir : "site non digne de confiance" !

moi c'est Firefox qui m'alerte, mais c'est contournable du moment qu'on ne balance pas d'infos perso sur le site. Malheureusement le lien de mène pas là où il faut :

Not Found

The requested URL was not found on this server.

edit: c'est une erreur 404

reedit: oups, je n'avais pas fait gaffe au dernier message de Gilga. mais le résultat est le même en http.

[Ernum]

Avec nos connaissances des compositions de galaxies très lointaines ( H et he), on doit pouvoir s'affranchir de la spectroscopie pour déterminer la distance, méthode qui reste compliquée pour des objets lointains (beaucoup de lumière à collecter). En tenant compte de la "couleur" comme première approche ça doit le faire, ou pas?
C'est pas très précis j'imagine.

[JPL]

Non, c’est bien ce qui est fait pour déblayer le terrain (sauf que c’est bien plus compliqué que d’apprécier simplement la couleur), mais ce n’est pas une méthode infaillible, car certains cas particuliers peuvent induire en erreur. Il faut toujours, dans un deuxième temps, passer à la spectroscopie pour en être sûr. La preuve en est le fiasco de quelques annonces prématurées faites lors des premières observations avec le JWST.

[Gilgamesh]

Avec nos connaissances des compositions de galaxies très lointaines ( H et he), on doit pouvoir s'affranchir de la spectroscopie pour déterminer la distance, méthode qui reste compliquée pour des objets lointains (beaucoup de lumière à collecter). En tenant compte de la "couleur" comme première approche ça doit le faire, ou pas?
C'est pas très précis j'imagine.

Comme dit, la photométrie à travers des filtres (= détermination de la couleur de l'objet) est largement utilisée mais ça reste un pis-aller, la spectro reste le seul moyen fiable de mesurer le redshift.

Concernant notre connaissance de la composition, je dirais que c'est au contraire notre principale inconnue au sens où on dispose maintenant de nombreux indices qui nous signalent que l'évolution des galaxies dans le jeune univers a pu être très rapide, avec des épisodes de fortes natalités stellaires produisant en abondance des poussières qui peuvent fortement rougir les spectres, et ceci de manière imprédictible en passant d'une galaxie à l'autre dans une même tranche de redshift.

[Ernum]

Merci à tous les deux,

c'est un "pis-aller", c'est comme ça que je voyait la chose.

Concernant notre connaissance de la composition, je dirais que c'est au contraire notre principale inconnue au sens où on dispose maintenant de nombreux indices qui nous signalent que l'évolution des galaxies dans le jeune univers a pu être très rapide, avec des épisodes de fortes natalités stellaires produisant en abondance des poussières qui peuvent fortement rougir les spectres, et ceci de manière imprédictible en passant d'une galaxie à l'autre dans une même tranche de redshift.

suivre tout ça quand on est pas spécialiste (on s'intéresse le plus sérieusement, mais bon ...), c'est un "merdier", merci de nous remettre sur le droit chemin si j'ose dire.

[Gilgamesh]

C'est sûr que quand on quitte le domaine de l'astrophysique stellaire où tout semble clair et bien ordonné pour aborder la formation et l'évolution des galaxies, on a l'impression de rentrer dans un buisson touffu. Une étoile a beaucoup plus d'individualité qu'une galaxie. Les fusions d'étoile sont rarissimes ce qui fait qu'une fois fixées la masse et la métallicité initiale, le chemin d'évolution d'un étoile est bien déterminé (le cas des binaires est plus complexe), tandis que pour une galaxie, les fusions et les événements transitoires comme les flambées stellaires ou l'activité du trou noir central émaillent toute son existence et son emplacement dans la toile cosmique (alimentation en gaz) influe énormément sur son évolution.

[oxycryo]

hm, si les deux explication courante du paradoxe d'Olbers sont remis en cause... ça ne serais pas simplement que l'intensité lumineuse de toute façon décroit avec la distance... je dis ça sans conviction... voir même pour savoir si 'est une connerie, (aucun intérêt donc) où si cela pourrais se penser... explication bienvenue donc

[Ernum]

Merci Gilgamesh,
ça rend la chose d'autant plus passionnante.

[Gilgamesh]

hm, si les deux explication courante du paradoxe d'Olbers sont remis en cause... ça ne serais pas simplement que l'intensité lumineuse de toute façon décroit avec la distance... je dis ça sans conviction... voir même pour savoir si 'est une connerie, (aucun intérêt donc) où si cela pourrais se penser... explication bienvenue donc

Le paradoxe d'Olbers (Digges-Kepler-Halley-Cheseaux...) intègre déjà l'effet de l'intensité en 1/r². Pour chaque coquille d'univers d'épaisseur dr située à la distance r, certe l'intensité par unité de surface qui nous en parvient est en 1/r² mais la surface de la coquille est comme r² et les deux effets se compensent numériquement : chaque coquille participe à part égale à la luminosité du ciel et quand on somme sur une infinité de coquilles, la luminosité va tendre vers une valeur limite liée à l'écrantage des sources.

On aboutit à ce fait incontournable que dans un univers :

* statique,
* homogène,
* spatialement infini,
* infini dans le passé

...en tout point du ciel, on devrait pouvoir observer une source lumineuse, aussi éloignée et petite soit-elle. Le ciel tout entier, de nuit comme de jour, aurait la luminance de surface d'une étoile moyenne, c'est-à-dire qu'on se trouverait dans un énorme four avec des parois à 4 à 5000 K.

Ce paradoxe est doublement réglé dans le cadre d'un univers en expansion :

* l'Univers a un âge fini. Même s'il est d'extension infini (ou si grand que le paradoxe d'Olbers finirait par revenir s'il était observé depuis un temps infini), ce que nous pouvons en observer est fini. L'énergie rayonnée au sein de l'Univers observable est émise par un nombre fini d'astres (~ 10²⁴ étoiles). Il est vrai que l'arpentage de l'Univers nous montre qu'il est quasi vide. L'ensemble des étoiles déversant leur énergie dans l'espace depuis le début des temps n'ont augmenté que de 1/1000e le nombre de photons qui remplissent l'Univers. Le reste, c'est le rayonnement fossile, reliquat de sa période chaude.

* l'expansion de l'espace fait que le rayonnement éblouissant des origines est décalé vers les grandes longueur d'onde, d'un facteur 1000 environ. Au moment où l'univers est devenu transparent, il rayonnait à T=3000 K, soit une longueur d'onde (en micron) de 3000/T = 1 micron (le proche infra rouge). Si ce rayonnement n'avait pas été redshifté, on se retrouverait dans le four d'Olbers. La température ayant été divisé par 1000 par l'expansion, l'Univers rayonne à 3K, soit un rayonnement 3000/3 = 1 mm.

L'univers est donc bien rempli de rayonnement, comme dans le paradoxe d'Olbers, non du fait des étoiles mais du gaz chaud des origines. Seulement l'expansion de l'univers en a fait un rayonnement de basse énergie, invisible à l'oeil, et les nuits sont noires.

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

Magnifique cours, merci.

[oxycryo]

Le paradoxe d'Olbers (Digges-Kepler-Halley-Cheseaux...) intègre déjà l'effet de l'intensité en 1/r². Pour chaque coquille d'univers d'épaisseur dr située à la distance r, certe l'intensité par unité de surface qui nous en parvient est en 1/r² mais la surface de la coquille est comme r² et les deux effets se compensent numériquement : chaque coquille participe à part égale à la luminosité du ciel et quand on somme sur une infinité de coquilles, la luminosité va tendre vers une valeur limite liée à l'écrantage des sources.

On aboutit à ce fait incontournable que dans un univers :

* statique,
* homogène,
* spatialement infini,
* infini dans le passé

...en tout point du ciel, on devrait pouvoir observer une source lumineuse, aussi éloignée et petite soit-elle. Le ciel tout entier, de nuit comme de jour, aurait la luminance de surface d'une étoile moyenne, c'est-à-dire qu'on se trouverait dans un énorme four avec des parois à 4 à 5000 K.

Ce paradoxe est doublement réglé dans le cadre d'un univers en expansion :

* l'Univers a un âge fini. Même s'il est d'extension infini (ou si grand que le paradoxe d'Olbers finirait par revenir s'il était observé depuis un temps infini), ce que nous pouvons en observer est fini. L'énergie rayonnée au sein de l'Univers observable est émise par un nombre fini d'astres (~ 10²⁴ étoiles). Il est vrai que l'arpentage de l'Univers nous montre qu'il est quasi vide. L'ensemble des étoiles déversant leur énergie dans l'espace depuis le début des temps n'ont augmenté que de 1/1000e le nombre de photons qui remplissent l'Univers. Le reste, c'est le rayonnement fossile, reliquat de sa période chaude.

* l'expansion de l'espace fait que le rayonnement éblouissant des origines est décalé vers les grandes longueur d'onde, d'un facteur 1000 environ. Au moment où l'univers est devenu transparent, il rayonnait à T=3000 K, soit une longueur d'onde (en micron) de 3000/T = 1 micron (le proche infra rouge). Si ce rayonnement n'avait pas été redshifté, on se retrouverait dans le four d'Olbers. La température ayant été divisé par 1000 par l'expansion, l'Univers rayonne à 3K, soit un rayonnement 3000/3 = 1 mm.

L'univers est donc bien rempli de rayonnement, comme dans le paradoxe d'Olbers, non du fait des étoiles mais du gaz chaud des origines. Seulement l'expansion de l'univers en a fait un rayonnement de basse énergie, invisible à l'oeil, et les nuit sont noires.

c'est bien ce que j'avais compris, mais en moins clair que ce cela...
- reste que le début du thread semble aller à l'encontre de cette position inflationniste (qui juste là était toute mienne, et me satisfaisait fort honorablement)