Décalage spectral.

[David G29]

Un décalage vers le rouge correspond, dans cette analogie avec le son, à une note plus grave que celle émise par le klaxon d'une voiture , signe que le véhicule en question s'éloigne du piéton resté en bord de route (effet Dopplar). Mais c'est plus compliqué que ça en astronomie, voir l'article déjà donné plus haut:
"Décalage vers le rouge"
https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A..._vers_le_rouge

Merci GBo, j'ai du zappé le lien la première fois.

Donc, le décalage spectral (en astronomie) ou décalage vers le rouge (ou bleu) peut être provoquer par:

- l'expansion de l'univers (étirement de l'espace/temps)
- le mouvement de la source (effet doppler)
- l'effet gravitationnel (effet d'Einstein)
- La variation de la vitesse de la lumière (qui reste à prouver)

Du coup, j'ai deux questions:

La première est: est ce que l'on peut dire que les effets gravitationnel et l'étirement de l'espace/temps c'est la même chose?

La deuxième est: est ce que certains nuages cosmique assez dense pourraient avoir un effet gravitationnel?
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[gts2]

Donc, le décalage spectral (en astronomie) ou décalage vers le rouge (ou bleu) peut être provoqué par:
- La variation de la vitesse de la lumière (qui reste à prouver)

Non, combien de fois faudra-t-il le dire ?

[Amanuensis]

La première est: est ce que l'on peut dire que les effets gravitationnel et l'étirement de l'espace/temps c'est la même chose?

La deuxième est: est ce que certains nuages cosmique assez dense pourraient avoir un effet gravitationnel?

Oui et oui.

En nuançant. " les effets gravitationnel et l'étirement de l'espace/temps" sont deux manifestations d'un même phénomène, décrit par une unique modélisation (la "Relativité Générale"). Quand il est question de décalage vers le rouge, c'est bien la même chose.

Et toute masse a des "effets gravitationnels". (Et toute chose porteuse d'énergie-quantité de mouvement. (Ce qui inclut tout ce dont parle la physique comme composant de l'Univers, à bien regarder.))

[David G29]

Non, combien de fois faudra-t-il le dire ?

Vous énervez pas gts2, je ne faisais que retranscrire le wiki que m'a conseillé GBo.
Je n'affirme, ni ne confirme quoi que ce soit. D'ailleurs, j'ai mis en entre parenthèses que ça rester à prouver.

Pour en revenir au effet gravitationnel et au étirement de l'espace/temps, est-ce possible qu'au cours du temps l'environnement de l'univers est changé et est pu agir sur le spectre dans son ensemble?
Je ne sais pas si j'ai été clair, mais n'hésitez pas à me demander des précisions si nécessaire. Merci d'avance.

[GBo]

Vous énervez pas gts2, je ne faisais que retranscrire le wiki que m'a conseillé GBo.
Je n'affirme, ni ne confirme quoi que ce soit. D'ailleurs, j'ai mis en entre parenthèses que ça rester à prouver.

Tu devrais aussi comprendre, car c'est écrit noir sur blanc, que cette théorie dite de la "lumière fatiguée" (malencontreusement citée dans cette page du wiki en effet) est mentionnée comme "difficile à soutenir" et que "les explications de type lumière fatiguée ont été délaissées par la communauté scientifique" comme l'indique par ailleurs la page qui lui est consacré. On est donc très loin de ta retranscription "qui reste à prouver" entre parenthèses.
Comme quoi l'exhaustivité d'une encyclopédie est parfois contre-pédagogique (et ne vaut pas reprise des ses études en commençant par la 1ère S où on aborde les ondes mécaniques, ce ne sont pas les bouquins scolaires qui manquent).

[Amanuensis]

Pour en revenir au effet gravitationnel et au étirement de l'espace/temps, est-ce possible qu'au cours du temps l'environnement de l'univers est changé et est pu agir sur le spectre dans son ensemble?

La démarche scientifique ne comprend "est-ce possible que" que pour des hypothèses non contredites par les observations.

Le sujet de la gravitation est à la fois un sujet difficile pour le profane, et couvert par une immense littérature scientifique, exposant faits et hypothèses tirées des faits.

C'est un travail immense, quasi impossible pour le profane, que de proposer une hypothèse et de compulser la littérature scientifique (difficile à lire) pour montrer qu'elle n'est pas contredites par des observations décrites dans cette littérature. Il est un peu moins difficile de compulser cette littérature pour trouver, ce qui est probable, qu'elle a déjà été proposée, et déjà été montrée comme contredites par des observations.

Êtes vous prêt à faire ce travail?

[David G29]

Pardon gts2 et GBo, je n'avais pas compris qu'il y avait des preuves pour expliquer la non variation de la vitesse de la lumière, je m'en excuse.
En même temps, je m'y intéresse pas plus que ça et ça ne vaut pas grand chose.

Du coup, pour en revenir à ma question, est-ce que l'environnement de l'univers a changé au cours du temps?

[gts2]

Pardon gts2 et GBo, je n'avais pas compris qu'il y avait des preuves pour expliquer la non variation de la vitesse de la lumière, je m'en excuse.

Pas de problème et les excuses ne sont pas vraiment nécessaires.

Ma remarque ne portez pas sur la non variation de la vitesse de la lumière mais sur la non variation de fréquence (décalage spectral) lorsque la lumière traverse un milieu d'indice n conduisant à un changement de longueur d'onde à cause de la vitesse de la lumière qui devient c/n.

[yves95210]

Du coup, pour en revenir à ma question, est-ce que l'environnement de l'univers a changé au cours du temps?

Qu'est-ce que tu entends par "l'environnement de l'univers a changé" ? Si tu veux parler de son contenu, il a bien sûr évolué depuis l'époque de l'émission du CMB (sans parler de ce qui la précède, qui est inobservable).

Une partie de la matière s'est progressivement concentrée dans des structures liées gravitationnellement et dont la dynamique interne n'est plus soumise à l'expansion (galaxies et amas de galaxies). On est passé d'un univers quasiment homogène à un univers dont la densité de matière est très inhomogène à "petite échelle" (dans des régions de taille inférieure à environ 150 Mpc), et où on ne peut parler d'homogénéité que quand on compare entre elles des régions d'au moins cette taille.

D'autre part la fusion nucléaire au sein des étoiles a transformé une partie de la matière que contenait l'univers à l'époque du CMB (essentiellement de l'hydrogène et un peu d'hélium) pour produire les éléments plus lourds qu'on connaît aujourd'hui (tout ce que les astrophysiciens appellent des "métaux"), tandis que le gaz intergalactique a subi une réionisation (les atomes neutres d'hydrogène ont perdu leurs électrons pour devenir des ions d'hydrogène - de simples protons).

[Amanuensis]

L'hypothèse principale faite par les physiciens est que les lois locales ne changent pas avec le temps, ont toujours été les mêmes qu'à notre époque, et resterons les mêmes.

Et aussi que l'Univers "contient tout", qu'il n'y a pas à supposer des choses non observables et affectant l'Univers.

Autrement dit toutes les "causes" sont soit données par les lois et le contenu, soit "originelles", venant du "fin fonds du temps".

En termes plus techniques les seules "conditions aux frontières" (l'environnement ?) sont le passé le plus lointain.

Le contenu se modifie "au cours du temps", selon les lois posées par hypothèse. (Tout est hypothèse en physique comme en toute "science"?)

[Lansberg]

Pour en revenir au effet gravitationnel et au étirement de l'espace/temps, est-ce possible qu'au cours du temps l'environnement de l'univers est changé et est pu agir sur le spectre dans son ensemble?

J'en ai parlé plus haut (#53). Ce qui modifie le spectre d'une source lumineuse, c'est la matière qu'elle va rencontrer au cours de son voyage jusqu'à nous. Ne serait-ce que dans notre propre galaxie, l'analyse du spectre d'une étoile peut s'avérer compliqué (voire très compliqué dans l'ultraviolet) si sa lumière traverse un nuage de gaz et de poussières. Dans ce cas, il faut pouvoir distinguer la part de chacun.
S'il s'agit d'une source extra-galactique, si sa lumière a voyagé pendant quelques milliards d'années, il est évident que pendant cette durée l'univers a évolué et que le spectre reçu présente des différences par rapport à celui qui a été émis (redshift et forêt(s) Lyman alpha par exemple).

Ceci dit, si par "l'environnement de l'univers a changé", il est question des lois de la physique, Amanuensis a répondu.

[David G29]

Merci pour vos différentes réponses.
Je dois dire que ce n'est pas évident pour moi de faire le trie et d'associer les différentes informations entre elles.

Quand je parle du changement de l'environnement, je parle des changements liés aux causes des décalages spectrale.

Par exemple, peut-on considère que l'espace/temps était plus compressé (si je peux m'exprimer ainsi) par le passé et que les effets gravitationnels était plus fréquent ou plus intense?

Je sais que mes questions ne sont pas des plus claire, mais je cherche vraiment à comprendre comment ça marche, alors merci pour vos réponses.

[Amanuensis]

Dans les théories qui parlent d'espace-temps, il y a une distinction entre un "contenant" et un "contenu", très grossièrement. Le "contenu" c'est de la matière ((atomes, étoiles, ...) ou de la "lumière", qui ont des mouvements. Le tout c'est l'Univers.

Penser en termes de compression est bien adapté à la matière, au contenu en général ; mais pas trop pour l'espace-temps. Une relation entre contenu et contenant apparaît quand on parle de la densité et de la température. Plus la densité et la température sont élevées, plus on pourra dire que c'est "comprimé". Notons que l'état de la matière change avec la densité/température: on connait cela à notre échelle, comme les transitions solide/liquide/gaz (e.g. glace/eau/vapeur d'eau)

Et les théories actuelles décrivent des densités et températures moyennes qui augmentent quand on remonte dans le passé (ou plutôt qui ont diminuées au cours du temps).

Les effets gravitationnels sont "causés" par le contenu, et sont d'autant plus forts que les densités et températures sont élevées.

Rappel: quand le contenu est dense et chaud comme à l'intérieur des étoiles (état de plasma) la lumière ne se propage pas, d'où un "mur" quand on regarde le passé le plus lointain. À cette époque, si les densités et températures de l'Univers étaient suffisantes pour l'opacité, elles ne l'étaient pas pour des effets gravitationnels intenses. Les cosmologues ressortissent alors à des spéculations basées sur les maths pour proposer ce qui s'est passé encore plus loin dans le passé, et là apparaissent des effets gravitationnels intenses, comme "l'inflation cosmique".

[David G29]

Du coup, si j'ai bien compris, il y a de forte chance d'avoir du décalage spectral par le passé au vu des densités et des températures élevés. C'est bien ça?

Est ce que le fait que les différents contenus soient plus près les un des autre dans le passé peut jouer sur ce décalage également?

[Gilgamesh]

Merci pour vos différentes réponses.
Je dois dire que ce n'est pas évident pour moi de faire le trie et d'associer les différentes informations entre elles.

Quand je parle du changement de l'environnement, je parle des changements liés aux causes des décalages spectrale.

Par exemple, peut-on considère que l'espace/temps était plus compressé (si je peux m'exprimer ainsi) par le passé et que les effets gravitationnels était plus fréquent ou plus intense?

Je sais que mes questions ne sont pas des plus claire, mais je cherche vraiment à comprendre comment ça marche, alors merci pour vos réponses.

Au premier ordre, c'est-à-dire en négligeant l'effet de la présence de matière sur la production (étoile...) ou la propagation de la lumière (absorption, rougissement...), le décalage spectral est uniquement dû à l'expansion de l'univers, c'est-à-dire à la croissance de la métrique.

C'est donné par cette relation très simple, vraie à toutes les époques de l'univers :

1+z = 1/a

avec z le redshift ou décallage dans le rouge, c'est à dire l'augmentation de la longueur d'onde du rayonnement circulant dans l'univers, et a le facteur d'échelle ou "taille" de l'univers (en considérant qu'au numérateur a=1 est le facteur d'échelle aujourd'hui).

Cette relation est très profonde : dans un univers vide en expansion, l'énergie du rayonnement (inversement proportionnelle à sa longueur d'onde) est vulnérable à l'expansion. Cela ne concerne pas spécifiquement le rayonnement mais plus généralement l'impulsion des particules, c'est-à-dire leur énergie cinétique, c'est-à-dire ce qu'on appelle la composante relativiste de l'énergie.

L'énergie totale d'une particule est donnée par :

E² = (mc²)² + (pc)²

avec m la masse, p l'impulsion (~ quantité de mouvement, mv en mécanique classique) et c la vitesse de la lumière.

Le premier terme de droite mc², l'énergie de masse au repos, est la composante dite non-relativiste, elle est insensible à l'expansion (la masse des particules ne change pas avec le temps).

Le second terme pc est la composante relativiste. Pour un photon, de masse nulle, toute l'énergie est dans l'impulsion, et celle-ci s'évanouit donc inexorablement dans un univers en expansion, en 1/a. Le redshift cosmologique, ce n'est rien d'autre que ça.