Observation astronomique et remontée dans le temps

[Novice75013]

Bonsoir,
je cherche depuis longtemps à comprendre le lien entre distance des galaxies lointaines et remontée dans le temps.
Si une galaxie est disons à 13 milliards d'années il est logique que la lumière qui nous parvient "date" de 13 milliards d'années soit de quelques centaines de millions d'années après le Big Bang.
Mais il y a 13 milliards d'années cette galaxie était dans une position plus proche du point d'origine du Big Bang... et de nous (on supposera pour la démonstration que notre galaxie existait déjà même si cela n'est pas exact). Et j'ai du mal à comprendre comment cette lumière nous parviendrait encore 13 milliards d'années plus tard.
Tout ça est un peu confus mais quelqu'un m'apportera peut-être la lumière ?
Merci à vous
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[pm42]

Mais il y a 13 milliards d'années cette galaxie était dans une position plus proche du point d'origine du Big Bang...

Il n'y a pas de point d'origine du big bang : celui ci a eu lieu partout. Ce n'est pas une explosion qui part d'un point comme la vulgarisation le représente souvent mais tout l'espace qui est très dense et chaud et qui commence à rentrer en expansion.

lumière nous parviendrait encore 13 milliards d'années plus tard.

Quand on dit "elle est à 13 milliards d'années-lumières, on dit en fait "la lumière a voyagé 13 milliards d'années pour nous arriver". Quand elle est partie, la galaxie était en effet plus proche. Et "actuellement", elle est encore plus loin (29 milliards d'années lumières sauf erreur de ma part très possible).

Il est normal que tu trouves cela confus : on n'a pas l'habitude de réfléchir aux distances entre des objets mobiles (ou dans un Univers en expansion) mesurées de façon finies.

Mais d'une certaine façon, c'est la même chose que si tu communiquais par le son avec quelqu'un qui est à 1 km de toi et qui s'éloigne : il te dit "je suis à tel endroit" donc tu te dis "ah, c'est à 1km". Mais le temps que le son t'arrive, il s'est écoulé 3 secondes donc en fait il est plus loin. Ce qui te définit 2 distances : celle que tu calcules au moment où tu reçois le signal et celle que tu peux extrapoler en connaissant sa vitesse de déplacement.

Tu as des infos sur la même chose en cosmologie ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Mesure..._en_cosmologie

[Lansberg]

Bonsoir,

je cherche depuis longtemps à comprendre le lien entre distance des galaxies lointaines et remontée dans le temps.
Si une galaxie est disons à 13 milliards d'années...

13 milliards d'années-lumière, s'il s'agit de distance.

il est logique que la lumière qui nous parvient "date" de 13 milliards d'années soit de quelques centaines de millions d'années après le Big Bang.

La logique ne marche pas ! Passer de la distance au temps de voyage de la lumière est acceptable pour des galaxies proches (disons jusqu'à 1 milliards d'années-lumière) en considérant un univers statique.

Mais il y a 13 milliards d'années cette galaxie était dans une position plus proche du point d'origine du Big Bang... et de nous (on supposera pour la démonstration que notre galaxie existait déjà même si cela n'est pas exact).

Tout le problème est là. L'univers est en expansion, et entre le moment où la lumière part de la galaxie distante et le moment où on la reçoit, l'univers s'est considérablement "dilaté" allongeant le temps de parcours.

Et j'ai du mal à comprendre comment cette lumière nous parviendrait encore 13 milliards d'années plus tard.

Si la lumière n'est pas absorbée pendant le voyage, elle peut nous parvenir.

Tout ça est un peu confus mais quelqu'un m'apportera peut-être la lumière ?

Reprenons le cas d'une galaxie dont la lumière a voyagé pendant 13 milliards d'années. Nous l'observons telle qu'elle était lorsque l'univers était très jeune. Cette galaxie était en effet beaucoup plus proche de nous (de notre galaxie ) au moment du départ de la lumière. Pendant le voyage de la lumière vers nous, l'univers s'agrandissait très rapidement. Si l'expansion s'était poursuivie sur un même rythme, la lumière partie dans notre direction n'aurait eu aucune chance de nous parvenir. Mais au cours du temps l'expansion de l'univers s'est peu à peu "calmée" et la lumière a fini par nous parvenir après un temps très long. Pour fixer les idées, si l'univers avait été statique, la lumière provenant de la galaxie distante aurait pu mettre une centaine de millions d'années pour nous parvenir. Avec l'expansion le temps de voyage est de 13 milliards d'années.
Inversement, pour les mêmes raisons, un observateur dans la galaxie distante, nous voit avec le même décalage temporel. Et ce qu'il observe est forcément très différent de ce qu'est devenu notre galaxie "aujourd'hui".
Un autre effet de l'expansion de l'univers, est que la lumière émise est fortement décalée vers l'infrarouge. C'est pour cette raison que le James Webb télescope qui étudie en particulier l'univers "jeune" travaille dans ce domaine de longueur d'onde, car il doit capter la lumière émise il y a très longtemps et qui a donc voyagé pendant un temps très long.

[Ernum]

Salut,

Reprenons le cas d'une galaxie dont la lumière a voyagé pendant 13 milliards d'années. ... Pour fixer les idées, si l'univers avait été statique, la lumière provenant de la galaxie distante aurait pu mettre une centaine de millions d'années pour nous parvenir.

heu...

dans le cas d'un univers toujours statique, les photons qui nous parviennent ont parcourus 13 milliards d'années lumières en 13 milliards d'années ceci en provenance d'une galaxie qui se trouve toujours à 13 milliards d'année lumière, comment nous arriveraient-ils plus tôt, le photon n’accélère pas. Ou alors j'ai raté un truc dans la démonstration, c'est possible .

[A voir en vidéo sur Futura]

[pm42]

dans le cas d'un univers toujours statique, les photons qui nous parviennent ont parcourus 13 milliards d'années lumières en 13 milliards d'années ceci en provenance d'une galaxie qui se trouve toujours à 13 milliards d'année lumière, comment nous arriveraient-ils plus tôt, le photon n’accélère pas. Ou alors j'ai raté un truc dans la démonstration, c'est possible .

Je pense que sa logique est : la galaxie était à une centaine de millions d'années-lumières quand elle a émis son photon. Celui nous serait donc arrivé au bout 100 millions d'années si l'univers était statique.
Mais vu que l'Univers s'est dilaté, il a mis 13 milliards d'années puisque la distance a parcourir a augmenté pendant son trajet.

[Lansberg]

Je pense que sa logique est : la galaxie était à une centaine de millions d'années-lumières quand elle a émis son photon. Celui nous serait donc arrivé au bout 100 millions d'années si l'univers était statique.
Mais vu que l'Univers s'est dilaté, il a mis 13 milliards d'années puisque la distance a parcourir a augmenté pendant son trajet.

Oui, c'est bien ça sur le principe.
La valeur d'une centaine de millions d'années-lumière à l'émission est fortement sous-estimée. Si on considère un temps de voyage de la lumière de 13 milliards d'années, la distance séparant les deux galaxies à l'émission de la lumière était de l'ordre de 3,6 milliards d'années-lumière. Cette distance à l'émission porte le nom de distance angulaire. Avec l'expansion, la distance à considérablement augmenté. Elle est maintenant d'environ 29 milliards d'années-lumière. C'est la distance comobile. Bien évidemment, nous n'avons aucun moyen de voir la galaxie telle qu'elle est aujourd'hui.
Il est plus commode de parler du temps de voyage de la lumière qui renvoie à un âge cosmique de l'univers plutôt que de parler de distances cosmiques

[Ernum]

Ok,
je n'ai pas vu la même chose que toi pm42, j'avais compris une galaxie à 13M d'année-lumière dans un univers statique...bon pas grave.
L'important est ce que tu dis Lansberg, intuitivement quand on demande la valeur du rayon de l'univers observable qui à 14M d'années, on est tenté de répondre 14M d'année-lumière. On oublie les effets de l'expansion.

[oxycryo]

ce que je comprend de la question...
- comment se fait-il alors que tous les éléments de l'univers était bien plus proches les un des autres il y a 13.5 milliards d'années, il nous soit possible de les voir, puisque leur lumières (vu sa vitesse) nous à rejoint depuis fort longtemps... et ce sauf à poser que la vitesse de l'expansion de l'espace-temps ait été bien supérieure à celle de la vitesse de la lumières, nous permettant de nous éloigner assez rapidement pour que cette lumière ne nous ait pas encore rejoint...

oki, mais est-ce bien, selon la relativité, raisonnable, de poser une célérité supérieure à celle de la vitesse de la lumière ? pour l'expansion de l'univers

[pm42]

oki, mais est-ce bien, selon la relativité, raisonnable, de poser une célérité supérieure à celle de la vitesse de la lumière ? pour l'expansion de l'univers

La réponse a été donnée je ne sais pas combien de fois sur ce forum, je suis surpris que tu ne l'ait pas déjà vu plusieurs fois : l'expansion de l'Univers n'est pas une vitesse, c'est l'espace-temps lui même qui se dilate donc oui, des galaxies peuvent s'éloigner l'une de l'autre au delà de la vitesse de la lumière, ce n'est pas contradictoire avec la Relativité.

Quand à ta 1ère question, pas besoin d'aller plus vite que la lumière, il suffit de prendre les chiffres donnés et de faire le calcul.

[Jmlesfrites]

pm42
"Il n'y a pas de point d'origine du big bang : celui ci a eu lieu partout."

je suis pas très futé mais est-ce que tout "points" de l'univers n'est pas , comment dire, le centre de l'univers, dès lors ?

Merci.

[pm42]

je suis pas très futé mais est-ce que tout "points" de l'univers n'est pas , comment dire, le centre de l'univers, dès lors ?

Déjà, il faudrait définir ce qu'est "le centre de l'Univers". S'il est infini, il n'a pas de centre. S'il est fini avec une des topologies considérées comme possible (voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Forme_de_l%27Univers), il n'a pas de centre.

Pour avoir un centre, il faudrait définir une frontière en gros et si l'Univers en a une, la question est : qu'y a t'il après ? Et s'il y a quelque chose après, cela fait partie de l'Univers.

Ensuite, quand on dit que quelque chose se passe partout, cela ne veut pas dire "au centre". Par exemple : si je dis "quelque chose se passe en tout point de la surface de la Terre", est ce que cela veut dire "au centre" ?
Et d'ailleurs justement comment définir le "centre de la surface de la Terre" ?

[f6bes]

".....Et d'ailleurs justement comment définir le "centre de la surface de la Terre" ? ..."
Ben c'est le milieu !!
Balle au centre !!

[Lansberg]

L'important est ce que tu dis Lansberg, intuitivement quand on demande la valeur du rayon de l'univers observable qui à 14M d'années, on est tenté de répondre 14M d'année-lumière. On oublie les effets de l'expansion.

Oui. L'expansion fait que la surface de dernière diffusion (le CMB ou fond diffus cosmologique) située au rayon de l'univers observable se trouve à environ 3 fois 14 milliards années-lumière.

[Jmlesfrites]

pm42 :

Déjà, il faudrait définir ce qu'est "le centre de l'Univers". S'il est infini, il n'a pas de centre

Si l'univers est infini et que le big-bang a eu lieu partout, alors "partout" est le centre de l'univers. Ca me parait logique, après ce que j'en dis..

[pm42]

Si l'univers est infini et que le big-bang a eu lieu partout, alors "partout" est le centre de l'univers. Ca me parait logique, après ce que j'en dis..

Bref il n'y a pas de centre ce qui a été dit plus haut et qui est régulièrement expliqué ici.

[Jmlesfrites]

je trouve cette réponse un peu facile, mais comme tu le dis "Bref"..je n'es pas envie de détourner le sujet de la conversation.

[pm42]

je trouve cette réponse un peu facile, mais comme tu le dis "Bref"..je n'es pas envie de détourner le sujet de la conversation.

Parce que ta réponse "donc "partout" est le centre" n'est pas un peu facile ?
Tu as lu le lien donné plus haut ? Tu comprends les concepts de topologie ?

Parce que sinon, tu vas utiliser ton "intuition" construite sur ta vie quotidienne dans un espace euclidien 3D où tout est fini et cela ne permet pas d'appréhender les concepts dont on parle ici.

[Jmlesfrites]

Parce que ta réponse "donc "partout" est le centre" n'est pas un peu facile ?

Il n'y a pas de point d'origine du big bang : celui ci a eu lieu partout.

c'est bien toi qui a parler de "point" de "lieu" et de partout" il me semble ?

Je n'es pas envie de partir en guerre, tout simplement parce que je n'es pas que ca a faire, disons que pour moi le "centre de l'univers" est un "lieu" simplement un point ou se déroule un évènement, c'est le big bang a une certaine période, vu que comme tu dis toi meme le big bang a eu lieu partout. je vois pas ou est la difficulté, l'espace-temps est issue du big bang, non ?

[pm42]

disons que pour moi le "centre de l'univers" est un "lieu" simplement un point ou se déroule un évènement,c'est le big bang a une certaine période, vu que comme tu dis toi meme le big bang a eu lieu partout.

Je constate que tu ne réponds pas aux questions et que tu donc tu ne comprends même pas de quoi on parle en fait.

je vois pas ou est la difficulté, l'espace-temps est issue du big bang, non ?

Oui, tu ne vois pas où est la difficulté parce que tu ne sais pas vraiment ce qu'est le big-bang, l'espace-temps, etc et que tu refuses d'apprendre.
Au passage, non, l'espace-temps n'est pas issu du big-bang ou plus exactement, c'est nettement plus compliqué notamment parce qu'on cherche des traces de l'avant big-bang dans le CMB par exemple. S'il était à l'origine de l'espace-temps, cela ne serait pas possible puisqu'il n'y aurait pas d'avant.

Ce qu'on peut dire sur le big-bang, c'est qu'à un moment, l'Univers a été très dense et chaud avant de se dilater brutalement, qu'on atteint un point qu'on ne peut pas décrire avec nos théories actuelles.

Mais certainement pas qu'il a eu lieu en un point, qu'il y a un centre, qu'il n'y a pas eu d'avant, que c'est une explosion. Ca, ce sont les images que donnent la mauvaise vulgarisation.

[Jmlesfrites]

Re jesuis dans lemétro

Parce que sinon, tu vas utiliser ton "intuition" construite sur ta vie quotidienne dans un espace euclidien 3D où tout est fini et cela ne permet pas d'appréhender les concepts dont on parle ici.

j'ai fais ca moi ?

Oui, tu ne vois pas où est la difficulté parce que tu ne sais pas vraiment ce qu'est le big-bang, l'espace-temps, etc et que tu refuses d'apprendre.

Ou bien ca ?

Au passage, non, l'espace-temps n'est pas issu du big-bang ou plus exactement, c'est nettement plus compliqué notamment parce qu'on cherche des traces de l'avant big-bang dans le CMB par exemple. S'il était à l'origine de l'espace-temps, cela ne serait pas possible puisqu'il n'y aurait pas d'avant.

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Quelqu'un a des news sur ce qui c'est passer dans "l'avant big-bang", sans que ce soit entièrement spéculatif svp ? merci.

Ce qu'on peut dire sur le big-bang, c'est qu'à un moment, l'Univers a été très dense et chaud avant de se dilater brutalement, qu'on atteint un point qu'on ne peut pas décrire avec nos théories actuelles.

Oui ca tu l'as déjà dis, et a aucun moment je dis le contraire.

Mais certainement pas qu'il a eu lieu en un point, qu'il y a un centre, qu'il n'y a pas eu d'avant, que c'est une explosion. Ca, ce sont les images que donnent la mauvaise vulgarisation.

je suis sur n'avoir jamais parler d'explosion.

dsl pour le temps.

[Novice75013]

"Mais au cours du temps l'expansion de l'univers s'est peu à peu "calmée"" : je croyais que c'était l'inverse et que cette accélération de l'expansion est à l'origine de l'énergie sombre...

[Novice75013]

"La valeur d'une centaine de millions d'années-lumière à l'émission est fortement sous-estimée. Si on considère un temps de voyage de la lumière de 13 milliards d'années, la distance séparant les deux galaxies à l'émission de la lumière était de l'ordre de 3,6 milliards d'années-lumière. Cette distance à l'émission porte le nom de distance angulaire."
Il est clair qu'avec une telle hypothèse ("on" était déjà à plusieurs milliard d'années de distance) cela devient plus compréhensible pour ne entendement "moyen".

[Jmlesfrites]

"Mais au cours du temps l'expansion de l'univers s'est peu à peu "calmée"" : je croyais que c'était l'inverse et que cette accélération de l'expansion est à l'origine de l'énergie sombre..."

Pour le reformuler c'est plutôt l'énergie sombre, qui est a l'origine de l'accélération de l'univers. C'est quoi, qu'est-ce ? le vide quantique ? pas suffisant, alors ? pm42 a surement la réponse.

[Avatar10]

Pour jmlesfrites et pm42: https://forums.futura-sciences.com/q...-rubrique.html

[Lansberg]

"Mais au cours du temps l'expansion de l'univers s'est peu à peu "calmée"" : je croyais que c'était l'inverse...

L'expansion de l'univers est caractérisée par le taux d'expansion. Il s'exprime en km/s/Mpc : des km par seconde par mégaparsec ! Sa valeur actuelle est d'environ 70 km/s/Mpc.
Cela signifie que deux points de l'espace séparés par 1 Mpc (près de 3,3 millions d'années-lumière) s'éloignent l'un de l'autre avec une vitesse de 70 km/s.
Pour 2 Mpc, la vitesse de récession est de 2 fois 70 km/s et ainsi de suite. Deux galaxies séparées de 100 Mpc se fuient avec une vitesse de 7 000 km/s. C'est l'expansion de l'espace qui est à l'origine des vitesses de fuite entre les galaxies.
Depuis la création de l'univers ce taux d'expansion n'a cessé de diminuer sous l'effet de la gravitation qui a tendance à effondrer l'univers sur lui-même. Et ce taux va continuer à diminuer dans le futur.

...et que cette accélération de l'expansion est à l'origine de l'énergie sombre...

L'inverse !! : l'énergie noire est à l'origine de l'accélération !
C'est une composante de nature inconnue qui est "anti-gravitante". Dans sa version la plus simple, elle correspond à la constante cosmologique qu'Einstein avait introduit dans son équation de champ de la relativité générale et qui permettait de rendre l'univers statique, ce qui collait avec les connaissances de l'époque (1915).
La découverte de l'expansion de l'univers à la fin des années 20 a fait passer cette constante à la trappe pour Einstein. Pour d'autres (comme Georges Lemaître) il fallait la conserver car pour des valeurs différentes de celle attribuée par Einstein pour rendre l'univers statique, on pouvait obtenir différents modèles d'univers.
Le modèle actuel avec matière noire et énergie noire en est un exemple.

Sous l'action de l'énergie noire, le taux d'expansion de l'univers ne tendra pas vers 0, comme cela aurait été le cas dans un univers dominé uniquement par la gravitation, mais tendra vers 56 km/s/Mpc dans un futur très lointain. Cela aura pour conséquence d'entrainer une expansion exponentielle de l'univers (de la même manière qu'une dette augmente de manière exponentielle sous l'effet d'un taux d'intérêt, si on ne rembourse rien !).

[Novice75013]

C'est un point fondamental. Entre une expansion ralentissant du fait des forces gravitationnelles avec un univers condamné à s'effondrer sur lui même, et une expansion continue avec dans un temps long un ciel noir et même dixint certains l'éclatement de toute matière, j'avais cru comprendre que la majorité des scientifiques penchaient pour l'effet de cette "énergie sombre", l'expansion continue et une forme de dilution de l'univers. Vrai?

[Lansberg]

.. et une expansion continue avec dans un temps long un ciel noir et même dixint certains l'éclatement de toute matière,

c'est le scénario "Big Rip" (grand déchirement) qui fait intervenir l'énergie fantôme dont la densité augmente avec l'expansion provoquant dans un temps fini l'éclatement de toutes les structures. Rien ne permet de confirmer ce scénario pour l'instant.

j'avais cru comprendre que la majorité des scientifiques penchaient pour l'effet de cette "énergie sombre", l'expansion continue et une forme de dilution de l'univers. Vrai?

Oui, c'est ce qu'on déduit du modèle en vigueur (LambdaCDM). L'univers tend vers le modèle "vide" de Willem de Sitter (un cosmologiste contemporain d'Einstein), sans matière, uniquement dominé par la constante cosmologique (assimilée à l'énergie noire).