Pourquoi conclut on l'expansion de l'univers alors que l'on constate un décalage B&Rshift

[Cameillys]

Bonjour,

Je m'interroge à propos de la conclusion que la communauté scientifique a déduit de l'observation du spectre lumineux des étoiles/galaxies lointaines.

Pourquoi considère t on que l'espace-temps s'étire alors que finalement ce qu'on observe c'est un décalage de l'information?

Les marqueurs qui permettent l'identification des différents éléments ne sont pas là ou on les attend, ils sont décalés vers la droite (dans le cas du Redshift) comme ci l'abscisse du graphique s'était déplacé d'elle même.

Hors dans le contexte d'un espace temps étiré d'un facteur x, on devrait retrouver les traces de cet étirement dans le spectre en ayant des marqueurs espacés sur l'abscisse + le facteur x. L'intégrité du spectre serait donc déformé.

Alors si je suis cohérente, pourquoi avoir conclu l'expansion de l'univers ?
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[JPL]

Non, toutes les longueurs d’onde sont décalées de la même valeur parce que la vitesse de la lumière est un invariant. Tu t’es fait piéger dans ton raisonnement par les termes "étiré" ou "étirement". C’est le problème de la vulgarisation lorsqu’on veut utiliser un mot du langage courant pour essayer de faire comprendre un concept de géométrie mathématique dans un espace à 4 dimensions. Le mot "dilatation me semble un peu moins piégeux.

[Lansberg]

Bonsoir,

Je m'interroge à propos de la conclusion que la communauté scientifique a déduit de l'observation du spectre lumineux des étoiles/galaxies lointaines.

Pourquoi considère t on que l'espace-temps s'étire alors que finalement ce qu'on observe c'est un décalage de l'information?

Oui, mais ce décalage ne se fait pas "n'importe comment". Si on mesure le décalage spectral de galaxies dont on peut connaître la distance par des mesures photométriques sur des étoiles particulières (Céphéïdes), on peut calculer leur vitesse de récession. Et en opérant de cette manière, Edwin Hubble (1929) a mis en évidence une relation mathématique (Vr = H x D ; Vr = vitesse de récession de la galaxie ; D = distance de la galaxie et H = constante de Hubble) qui se traduit par une droite (Vr en fonction de D).
Et c'est ça qui va poser un gros problème conceptuel à Hubble car il ne comprenait pas que deux galaxies à la même distance de la Voie Lactée mais dans des directions différentes pouvaient avoir la même vitesse. Cela ne peut pas s'interpréter par un mouvement propre des galaxies dans l'espace (on devrait trouver n'importe quoi). La réponse était en fait déjà connue par Georges Lemaître dès 1927, qui pas son travail théorique (relativité générale) avait compris que les spectres des galaxies, qui montraient que la plupart du temps elles nous fuyaient, ne pouvait s'interpréter que par l'expansion de l'univers. Je passe bien sûr sur beaucoup de détails !

Hors dans le contexte d'un espace temps étiré d'un facteur x, on devrait retrouver les traces de cet étirement dans le spectre en ayant des marqueurs espacés sur l'abscisse + le facteur x. L'intégrité du spectre serait donc déformé.

Comme précisé par JPL c'est l'ensemble du spectre qui est décalé, mais comme on ne s'intéresse qu'à quelques raies d'absorption (quelques longueurs d'onde), on parle du décalage de ces raies. Il est fréquent d'observer, pour des galaxies lointaines, dans la partie bleue du spectre des raies faisant partie au repos (au labo) du spectre ultraviolet (donc non visible).

Alors si je suis cohérente, pourquoi avoir conclu l'expansion de l'univers ?

Pour les raisons évoquées au début ! Il faut un raisonnement à la "Lemaître" et non à la "Hubble".

[Gilgamesh]

Pourquoi considère t on que l'espace-temps s'étire alors que finalement ce qu'on observe c'est un décalage de l'information?

Or dans le contexte d'un espace temps étiré d'un facteur x, on devrait retrouver les traces de cet étirement dans le spectre en ayant des marqueurs espacés sur l'abscisse + le facteur x. L'intégrité du spectre serait donc déformé.

Ce n'est pas une décallage de l'information (le terme me semble tout à fait nébuleux) mais un décallage des fréquences de l'onde éléctromagnétique, c'est à dire un ralentissement des durées observées.

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

La mesure primitive concerne les longueurs d'onde, plutôt que les fréquences, non?

[Cameillys]

Pour les raisons évoquées au début ! Il faut un raisonnement à la "Lemaître" et non à la "Hubble".

Je te remercie beaucoup @Lansberg pour tes explications.

En fait, dans ma compréhension actuelle des choses, j'adhère à l'idée d'expansion de l'univers depuis que j'ai recroisé le terme "Blue Shift" (Pour une raison qui m'est inconnue et/ou pas percuté, je n'avais pas remarqué cette possibilité).

Dès lors, je n'ai pu qu'admettre qu'il y a une forte analogie avec l'effet doppler et donc que l'univers s'étire, se dilate, s'épand.


Ironiquement, je ne comprends pas le BlueShift, la lumière nous apparait décalée vers le bleu, et donc la conclusion logique serait de dire que l'espace se contracte. Comment ca se traduit concrètement ?

Si je regarde une galaxie lointaine derrière andromède, il faut compenser le décalage vers le bleu dû à notre voisine pour connaitre le vrai Redshift de la G lointaine ?

[GBo]

Je te remercie beaucoup @Lansberg pour tes explications.
Ironiquement, je ne comprends pas le BlueShift, la lumière nous apparait décalée vers le bleu, et donc la conclusion logique serait de dire que l'espace se contracte. Comment ca se traduit concrètement ?

Le blueshift n'est pas pas généralisé mais une exception, il n'y a donc pas contradiction logique avec l'expansion de l'univers.
D'ailleurs Andromède en fait partie, elle se rapproche de nous (par effet de gravitation) au point qu'elle va fusionner un jour avec notre propre galaxie, de notre point de vue son spectre présente un petit décalage vers le bleu, par effet Doppler classique.

Source: "Do blueshifted galaxies contradict the expansion of the universe?"
https://www.astronomy.com/science/do...-the-universe/

[Cameillys]

Le blueshift n'est pas pas généralisé mais une exception, il n'y a donc pas contradiction logique avec l'expansion de l'univers.
D'ailleurs Andromède en fait partie, elle se rapproche de nous (par effet de gravitation) au point qu'elle va fusionner un jour avec notre propre galaxie, de notre point de vue son spectre présente un petit décalage vers le bleu, par effet Doppler classique.

Source: "Do blueshifted galaxies contradict the expansion of the universe?"
https://www.astronomy.com/science/do...-the-universe/

Merci GBo, très bien l'article.

Ca n'en reste pas moins curieux si je peux me permettre, on estime la taille réelle de l'univers (vous allez me corriger si pas précise j'en suis sur ��) à 93 milliards d'AL. Comment interpréter donc le blueshift, l'intervalle séparant 2 galaxies qui se rapprochent se contracte physiquement ?

[Lansberg]

Ironiquement, je ne comprends pas le BlueShift, la lumière nous apparait décalée vers le bleu, et donc la conclusion logique serait de dire que l'espace se contracte. Comment ca se traduit concrètement ?

Le blueshift n'est pas en lien avec l'expansion mais provient d'un mouvement vers nous d'une galaxie par simple attraction gravitationnelle. Ainsi notre voisine, la galaxie d'Andromède, s'approche de nous comme toutes celles qui sont suffisamment proches. Ces mouvements propres "masquent" les effets de l'expansion de l'univers. Hubble est d'ailleurs confronté à ce problème, car, à l'époque, il ne dispose que de spectres de galaxies relativement proches (même si les distances qu'il calcule sont fortement sous-estimées). Pour que l'effet "blueshift" soit négligeable, il faut des galaxies assez lointaines (distance de l'ordre de 150 millions d'années-lumière).

Si je regarde une galaxie lointaine derrière andromède, il faut compenser le décalage vers le bleu dû à notre voisine pour connaitre le vrai Redshift de la G lointaine ?

Non. On prend un spectre de la galaxie en question et on mesure le redshift. Le fait qu'Andromède se rapproche de nous n'a aucune influence.
Si la galaxie en question était en interaction avec une autre galaxie, alors on pourrait avoir des résultats contradictoires.
C'est le cas de M81 et M82 dans la Grande Ourse situées à 12 millions d'années-lumière de la Voie Lactée. On devrait avoir la même vitesse de fuite, puisqu'elles sont à la même distance, de l'ordre de 270 km/s. C'est à peu près ce qui est mesuré pour M82 mais pour M81 c'est un blueshift qui est mesuré d'environ 40 km/s. M81 se rapproche de nous car elle tourne autour d'un centre commun avec M82. Ce mouvement fait qu'elle vient vers nous. Dans un avenir lointain, les choses devraient s'inverser avec un rapprochement de M82.
Si la Voie Lactée était très éloignée de ce couple de galaxies, alors le mouvement de fuite serait dominant.

[Gilgamesh]

Je te remercie beaucoup @Lansberg pour tes explications.

En fait, dans ma compréhension actuelle des choses, j'adhère à l'idée d'expansion de l'univers depuis que j'ai recroisé le terme "Blue Shift" (Pour une raison qui m'est inconnue et/ou pas percuté, je n'avais pas remarqué cette possibilité).

Dès lors, je n'ai pu qu'admettre qu'il y a une forte analogie avec l'effet doppler et donc que l'univers s'étire, se dilate, s'épand.


Ironiquement, je ne comprends pas le BlueShift, la lumière nous apparait décalée vers le bleu, et donc la conclusion logique serait de dire que l'espace se contracte. Comment ca se traduit concrètement ?

Si je regarde une galaxie lointaine derrière andromède, il faut compenser le décalage vers le bleu dû à notre voisine pour connaitre le vrai Redshift de la G lointaine ?

Lansberg parle de mouvement propre et pour compléter son explication il faut insister sur la nécessité de distinguer deux types de mouvements en cosmologie, qui est une particularité de cette discipline, car l'espace y est dynamique, contrairement à la plupart des autres domaines de la physique qui raisonnent en espace statique.

Pour comprendre ce dont il s'agit, couvrez mentalement l'univers d'un repère de coordonnées, c'est-à-dire d'un grand calque millimétré en trois dimensions. Sur ce calque, vous placez les objets et vous notez leurs coordonnées x, y, z.

Une fois que vous avez fait cela, vous pouvez concevoir les deux types de mouvements :

- le mouvement comobile : les coordonnées de l'objet restent identiques, mais l'intervalle entre deux graduations grandit. Autrement dit, le calque est en expansion. Chaque objet voit tous les objets lointains s'éloigner de lui. La lumière émise par la source progresse dans un univers dont les distances s'accroissent progressivement, ce qui a le même effet que si vous voyiez l'objet au fond d'un champ de gravité. La lumière perd progressivement de l'énergie en grimpant le puits de potentiel et arrive rougie à l'observateur.

- le mouvement propre : les coordonnées de l'objet changent avec le temps. Le mouvement propre explique la formation des galaxies et des amas : les objets attirent les objets proches et se regroupent pour former des masses liées. Au sein d'un amas, qui est comme une ruche de galaxies, les objets peuvent se rapprocher ou s'éloigner. Si deux objets s'éloignent l'un de l'autre, ils se verront avec un décalage vers le rouge (redshift), et s'ils se rapprochent, ce sera un décalage vers le bleu (blueshift). C'est ce dernier cas qui se produit entre notre galaxie et M31, la grande galaxie d'Andromède. Le décalage est fixé dès le départ par la vitesse de chute.

[Lansberg]

Comment interpréter donc le blueshift, l'intervalle séparant 2 galaxies qui se rapprochent se contracte physiquement ?

Le Blueshift est le résultat du mouvement dans l'espace d'une galaxie proche ou d'une étoile de notre propre galaxie, vers nous.
Ça n'a rien à voir avec une contraction de l'espace (ou une expansion).
L'expansion entraine les galaxies dans un mouvement de fuite par création de l'espace (mouvement comobile expliqué par Gilgamesh).

[GBo]

Le Blueshift est le résultat du mouvement dans l'espace d'une galaxie proche ou d'une étoile de notre propre galaxie, vers nous.
Ça n'a rien à voir avec une contraction de l'espace (ou une expansion).
L'expansion entraine les galaxies dans un mouvement de fuite par création de l'espace (mouvement comobile expliqué par Gilgamesh).

Ok, mais là j'ai une question : du point de vue de l'astronome avec son télescope, peut-il et si oui comment, distinguer un tel shift dû au mouvement relatif des objets célestes proches d'un shift cosmologique de même signe ? Par exemple si l'univers se contractait, parviendrait-il à savoir de quel type est le blue shift observé ?

[Lansberg]

Ok, mais là j'ai une question : du point de vue de l'astronome avec son télescope, peut-il et si oui comment, distinguer un tel shift dû au mouvement relatif des objets célestes proches d'un shift cosmologique de même signe ?

Dans le spectre on ne distingue pas la différence. C'est ce qui se passe dans le cas de M81. On mesure un blueshift mais il y a forcément une part non négligeable de redshift cosmologique.
Le problème serait le même si l'univers se contractait. Les Blueshift s'additionneraient. Mais avec les indicateurs de distance et les mesures sur les galaxies environnantes il serait possible de faire la part des choses(comme pour le couple M81/M82).

Par exemple si l'univers se contractait, parviendrait-il à savoir de quel type est le blue shift observé ?

A grande distance le blueshift lié au mouvement propre est négligeable, donc pas de problème.
Pour les objets proches, il y aurait forcément une forte divergence par rapport à la loi de "contraction". Mais le spectre ne montrerait rien d'autre que la somme des deux effets.

[GBo]

Ok merci Lansberg.

[Cameillys]

Merci à tous d'avoir pris du temps pour me répondre. Ca me semble plus clair qu'au début !!

[Gilgamesh]

Ok, mais là j'ai une question : du point de vue de l'astronome avec son télescope, peut-il et si oui comment, distinguer un tel shift dû au mouvement relatif des objets célestes proches d'un shift cosmologique de même signe ? Par exemple si l'univers se contractait, parviendrait-il à savoir de quel type est le blue shift observé ?

Comme dit, les parts respectives du mouvement propre et du mouvement comobile ne peuvent être discernées dans le décalage du rayonnement. Cela crée un effet bien connu quand on tente de reconstituer en trois dimensions l'extension des amas de galaxies. Les galaxies situées derrière un amas seront attirées par lui ; leur lumière subira donc un léger décalage vers le bleu qui va se soustraire au décalage vers le rouge global. Inversement, les galaxies devant l'amas subiront un décalage vers le rouge additionnel. De ce fait, l'environnement de l'amas qui serait globalement sphérique paraîtra plus écrasé selon l'axe de visée qu'il ne l'est vraiment.

Et au sein même de l'amas, on a l'effet inverse qui peut se produire : la principale composante du mouvement est la vitesse propre des galaxies autour du barycentre de l'amas, qui peut atteindre qq 10³ km/s, et lorsque ces mouvements en moyenne aléatoire et à vitesse élevée sont convertis en redshifts, l'amas paraitra allongé. Cela crée un Finger of God (doigt de Dieu) : l'illusion d'une longue chaine de galaxies pointée vers la Terre.

Exemple :

[Cameillys]

Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message


Comme dit, les parts respectives du mouvement propre et du mouvement comobile ne peuvent être discernées dans le décalage du rayonnement. Cela crée un effet bien connu quand on tente de reconstituer en trois dimensions l'extension des amas de galaxies. Les galaxies situées derrière un amas seront attirées par lui ; leur lumière subira donc un léger décalage vers le bleu qui va se soustraire au décalage vers le rouge global. Inversement, les galaxies devant l'amas subiront un décalage vers le rouge additionnel. De ce fait, un amas qui serait globalement sphérique paraîtra plus écrasé selon l'axe de visée qu'il ne l'est vraiment.

C'est Dingo tout ca et incroyable à la fois !!

Comment fonctionne l'effet doppler appliqué à la relativité générale ??

La vitesse de la lumière est invariante, ce n'est pas le vitesse propre de la galaxie qui en est responsable si je ne me trompe pas.

[Garion]

Un grand merci à Gilgamesh et Lansberg pour ces explications et précisions.
Avec une pensée pour Deedee qui nous manque en cette nouvelle année.

[Gilgamesh]

C'est Dingo tout ca et incroyable à la fois !!

Comment fonctionne l'effet doppler appliqué à la relativité générale ??

La vitesse de la lumière est invariante, ce n'est pas le vitesse propre de la galaxie qui en est responsable si je ne me trompe pas.

Bien que la première loi de l'expansion, la plus connue et qui ouvre le bal historiquement, dite loi de Hubble-Lemaître :

v = Hd

soit identifiée à un effet Doppler-Fizeau (v étant déduit du décalage vers le rouge z = Δλ/λ, avec λ la longueur d'onde), il est utile, dans un second temps, pour bien comprendre ce dont il s'agit, d'abandonner l'interprétation "Doppler" (liée à la vitesse) pour adopter celle plus pertinente, qui fait intervenir le facteur d'échelle a, alias "taille de l'univers". Cette relation n'est pas plus compliquée, et elle a le grand intérêt d'être exacte. La relation v = Hd n'est en effet valable que pour l'univers proche. D'une part, pour d > c/H, la vitesse de récession dépasse la vitesse de la lumière, ce qui n'est pas faux mais peut conduire à des incompréhensions, et d'autre part, H n'est pas une constante mais décroît le long des âges cosmiques, en suivant la première équation de Friedmann.

La "bonne" relation, de pure relativité générale, c'est :

1 + z = 1/a

On relie directement et de manière exacte l'observable, c'est-à-dire le redshift z, à la variation du facteur d'échelle de l'univers. Dans le membre de droite, le numérateur 1 = a₀ est le facteur d'échelle aujourd'hui, c'est-à-dire à la réception du rayonnement, facteur d'échelle pris conventionnellement comme égal à 1, et le dénominateur a est le facteur d'échelle de l'univers au moment de l'émission du rayonnement.

Par exemple, pour une galaxie mesurée avec un redshift z = 2, la relation 1 + z = 1/a nous dit que a = 1/3, c'est-à-dire que l'univers a crû d'un facteur 3 depuis le moment où cette galaxie a émis son rayonnement.

Alors pourquoi les photons perdent-ils de l'énergie dans un univers en expansion ? À cause de la gravité ! Le potentiel gravitationnel d'un espace infini rempli d'un fluide homogène (ce qui constitue une approximation correcte au premier ordre de l'univers) n'est pas nul, et il faut considérer que voyager dans un espace en expansion (que le mouvement soit propre ou comobile) est équivalent à monter un puits gravitationnel. Or remonter une pente, ça épuise les jarrets Autrement dit, l'énergie cinétique d'une particule est vulnérable à l'expansion. C'est vrai pour n'importe quelle particule : si on recevait des protons émis par une source située à une distance cosmologique (des milliards d'années-lumière) dans notre direction, et qu'on connaissait la vitesse de départ, on mesurerait qu'ils ont ralenti et que leur énergie cinétique mv²/2 est exactement dans le rapport 1/a. En pratique, la seule chose qui nous parvient des sources éloignées sont des photons, mais c'est pareil. Les deux finiront la route épuisés au moment de frapper l'observateur distant : le photon avec sa fréquence tendant vers zéro, le proton en étant quasi au repos.

[Gilgamesh]

Un grand merci à Gilgamesh et Lansberg pour ces explications et précisions.
Avec une pensée pour Deedee qui nous manque en cette nouvelle année.

Merci Garion, une pensée pour DD qui nous manque tant.

[pm42]

Merci Garion, une pensée pour DD qui nous manque tant.

Je trouve aussi. J'ai même une larme à l'oeil en pensant à lui.

[Cameillys]

Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message

Bien que la première loi de l'expansion, la plus connue et qui ouvre le bal historiquement, dite loi de Hubble-Lemaître :

v = Hd

soit identifiée à un effet Doppler-Fizeau (v étant déduit du décalage vers le rouge z = Δλ/λ, avec λ la longueur d'onde), il est utile, dans un second temps, pour bien comprendre ce dont il s'agit, d'abandonner l'interprétation "Doppler" (liée à la vitesse) pour adopter celle plus pertinente, qui fait intervenir le facteur d'échelle a, alias "taille de l'univers". Cette relation n'est pas plus compliquée, et elle a le grand intérêt d'être exacte. La relation v = Hd n'est en effet valable que pour l'univers proche. D'une part, pour d > c/H, la vitesse de récession dépasse la vitesse de la lumière, ce qui n'est pas faux mais peut conduire à des incompréhensions, et d'autre part, H n'est pas une constante mais décroît le long des âges cosmiques, en suivant la première équation de Friedmann.

La "bonne" relation, de pure relativité générale, c'est :

1 + z = 1/a

On relie directement et de manière exacte l'observable, c'est-à-dire le redshift z, à la variation du facteur d'échelle de l'univers. Dans le membre de droite, le numérateur 1 = a₀ est le facteur d'échelle aujourd'hui, c'est-à-dire à la réception du rayonnement, facteur d'échelle pris conventionnellement comme égal à 1, et le dénominateur a est le facteur d'échelle de l'univers au moment de l'émission du rayonnement.

Par exemple, pour une galaxie mesurée avec un redshift z = 2, la relation 1 + z = 1/a nous dit que a = 1/3, c'est-à-dire que l'univers a crû d'un facteur 3 depuis le moment où cette galaxie a émis son rayonnement.

Alors pourquoi les photons perdent-ils de l'énergie dans un univers en expansion ? À cause de la gravité ! Le potentiel gravitationnel d'un espace infini rempli d'un fluide homogène (ce qui constitue une approximation correcte au premier ordre de l'univers) n'est pas nul, et il faut considérer que voyager dans un espace en expansion (que le mouvement soit propre ou comobile) est équivalent à monter un puits gravitationnel. Or remonter une pente, ça épuise les jarrets Autrement dit, l'énergie cinétique d'une particule est vulnérable à l'expansion. C'est vrai pour n'importe quelle particule : si on recevait des protons émis par une source située à une distance cosmologique (des milliards d'années-lumière) dans notre direction, et qu'on connaissait la vitesse de départ, on mesurerait qu'ils ont ralenti et que leur énergie cinétique mv²/2 est exactement dans le rapport 1/a. En pratique, la seule chose qui nous parvient des sources éloignées sont des photons, mais c'est pareil. Les deux finiront la route épuisés au moment de frapper l'observateur distant : le photon avec sa fréquence tendant vers zéro, le proton en étant quasi au repos.

Ok en gros l'expansion oblige la lumière à prendre un tapis roulant à l'envers, ce qui revient pour elle, à sortir en permanence d'un puit gravitationnelle. Je n'avais jamais envisager ca mais je comprends mieux le Redshift z.

Je fais peut être pour rien une fixation sur le blue shift, mais ca revient à dire quoi de celui-ci ? La lumière quitte son étoile avec un spectre lumineux semblable à notre soleil et profite de son "élan" ?

Je veux dire par là, devant l'étoile (dans son sens giratoire), elle comprime l'espace et par effet relativiste cela décale le spectre vers la gauche et inversement derrière l'étoile ? c'est cela qu'il faut comprendre ?



PS : Petite pensée également pour Deedee, malheureusement je n'ai pas eu le plaisir d'échanger avec lui.

[pm42]

Je fais peut être pour rien une fixation sur le blue shift, mais ca revient à dire quoi de celui-ci ? La lumière quitte son étoile avec un spectre lumineux semblable à notre soleil et profite de son "élan" ?

C'est un effet doppler classique, le même que celui qui fait qu'une sirène te parait plus aigüe quand elle s'approche de toi.
Si une galaxie s'approche de nous, la longueur d'onde de la lumière est aussi plus courte (même chose que plus aigüe pour un son) ce qui pour le spectre visible revient à être plus bleue.

Je veux dire par là, devant l'étoile (dans son sens giratoire), elle comprime l'espace et par effet relativiste cela décale le spectre vers la gauche et inversement derrière l'étoile ? c'est cela qu'il faut comprendre ?

Non, c'est vraiment plus simple.

[Gilgamesh]

Ok en gros l'expansion oblige la lumière à prendre un tapis roulant à l'envers, ce qui revient pour elle, à sortir en permanence d'un puit gravitationnelle. Je n'avais jamais envisager ca mais je comprends mieux le Redshift z.

Le coup du tapis roulant pris à l'envers c'est pas mal, oui. J'ai aussi utilisé l'image du saumon qui remonte le courant.

Je fais peut être pour rien une fixation sur le blue shift, mais ca revient à dire quoi de celui-ci ? La lumière quitte son étoile avec un spectre lumineux semblable à notre soleil et profite de son "élan" ?

La photon profite de l'élan du corps émetteur, ça s'ajoute à son énergie, oui c'est pas mal également.

Mais on parle alors d'un Doppler classique, et non cosmologique. Dans le cas d'un blueshift cosmologique, il faudrait faire le même raisonnement que précédemment mais en considérant que les photons tombent dans le champs de gravité d'un univers en contraction, et gagnent donc de l'énergie au cours du trajet.

Je veux dire par là, devant l'étoile (dans son sens giratoire), elle comprime l'espace et par effet relativiste cela décale le spectre vers la gauche et inversement derrière l'étoile ? c'est cela qu'il faut comprendre ?

Le Doppler classique n'est pas du tout un effet gravitationnel. Il ne faut pas faire intervenir de modification de l'espace-temps (de sa métrique) pour l'expliquer. L'intervalle entre les crêtes d'onde diminue du fait qu'entre deux crêtes émises successivement, le corps émetteur a bougé relativement à l'observateur. Cela se traduit par une diminution de la longueur d'onde et une augmentation concomitante de la fréquence perçue. C'est à comprendre comme une compression de l'onde DANS l'espace et non une compression DE l'espace.

Une illustration pédagogique ici (pour le son) : https://hearinghealthmatters.org/way...fect-animated/

[GBo]

[...]l'amas paraitra allongé. Cela crée un Finger of God (doigt de Dieu) : l'illusion d'une longue chaine de galaxies pointée vers la Terre.

Génial, compris. Merci de ce rajout avec la figure qui va avec !

[Cameillys]

Merci pour vos réponses, je comprends mieux le sujet, un weekend productif !!


Une dernière question, est ce que l'on a une idée de la masse qu'il nous faudrait pour obtenir un équivalent du puit gravitationnelle qu'est obligée de remonter la lumière ? (PG dû à l'expansion)

et si je reprends 1 + z = 1/a, est ce que cela voudrait dire qu'au début elle subissait une exposition faible mais grandissante ou à l'inverse, la gravité est toujours resté la même c'est le temps d'exposition qui augmente ?

Bonne semaine au forum !!

[Gilgamesh]

Merci pour vos réponses, je comprends mieux le sujet, un weekend productif !!


Une dernière question, est ce que l'on a une idée de la masse qu'il nous faudrait pour obtenir un équivalent du puit gravitationnelle qu'est obligée de remonter la lumière ? (PG dû à l'expansion)

Le décallage entre la fréquence propre ω₀ (à l'émission depuis la surface d'un corps de masse M et de rayon R) et la fréquence observée ω (à la réception par un observateur situé à l'infini) est donné par :

ω = ω₀√(1 – 2GM/Rc²)

avec :

G la constante de gravitation
c la vitesse de la lumière

Ce n'est donc pas tant une question de masse M per se que de compacité GM/Rc², et puisque G et c sont des constantes, c'est donc le ratio M/R qu'il est pertinent de considérer.

Si 2GM/Rc² = 1, le redshift devient infini => extinction de la source, on a un trou noir. On peut en théorie produire des trous noirs de masse arbitrairement faible.

et si je reprends 1 + z = 1/a, est ce que cela voudrait dire qu'au début elle subissait une exposition faible mais grandissante ou à l'inverse, la gravité est toujours resté la même c'est le temps d'exposition qui augmente ?

Je ne suis pas sûr de bien cerner ce que tu appelles "exposition". J'imagine que c'est quelque chose comme "le temps pendant lequel la gravité s'applique" et, si c'est cela, la réponse est que cela n'a aucune effet, la gravité est une force conservative et ne dépend pas du chemin et donc du temps de trajet. L'effet résulte uniquement de la différence de potentiel gravitationnel initial et final. On peut imaginer un photon qui, au cours de son trajet, tombe dans un puits de gravité, puis en ressort avant de nous arriver, il n'aura rien gagné, ni perdu, on ne le verra pas (au premier ordre et à une nuance près, voir effet Sachs-Wolfe intégré). Seule comptera la différence de potentiel entre la source et l'observateur.

Et donc dans le cas de l'univers, seul compte le ratio a_f/a_i avec a_f le facteur d'échelle final et a_i le facteur d'échelle initial.

[physeb2]

Bonjour,

Je vais ajouter un point important qui ne me semble pas avoir vu dans le fil de réponses. Une implication importante de notion d'expansion est le changement de volume. Si je considère un volume aujourd'hui, celui-ci était plus petit par le passé si il y a bien une expansion. Cela implique alors une variation de la densité d'énergie: à énergie constante dans mon volume, celui-ci réduisant dans le passé, la densité d'énergie était plus grande. Cela implique directement que la température était plus grande dans le passé.

Donc un point de discrimination entre modèles expliquant les redshifts avec ou sans expansion était le fait qu'avec l'expansion, dans le passé la température de l'Univers devait être gigantesque, pas pour les modèles sans expansion.

Dans le cas de l'expansion, la température devait être tellement haute dans le passé que la matière devait être ionisée et donc interragir fortement avec la lumière. On parle d'un état de plasma.
En se refroidissant, l'Univers à du expérimenter une transition entre plasma et Univers neutre, en permettant aux atomes de se former. A ce moment, la lumière arrête d'interragir fortement avec la matière et devait enfin se propager librement. Ceci devait correspondre à un fond diffus de photons que l'on pourrait alors observer à basse température.

Ce fond diffus fut en effet observé par Penzias et Wilson en 1964, ce qui permit de mettre fin aux discussions sur l'expansion ou non de l'Univers.

[Gilgamesh]

Cela implique alors une variation de la densité d'énergie: à énergie constante dans mon volume, celui-ci réduisant dans le passé, la densité d'énergie était plus grande. Cela implique directement que la température était plus grande dans le passé.

Je réagis juste à cela : si on était dans un univers sans gravité rempli d'un gaz parfait, l'augmentation de volume produirait une simple détente de Joule-Thomson, qui est isotherme. Les particules occupent un volume plus grand mais il n'y a aucune raison qu'elles ralentissent vu qu'elles ne communiquent leur énergie à personne. Donc on a une densité d'énergie qui diminue mais sans diminution de température. Pour que l'univers — et notamment le rayonnement qui le remplit — refroidisse, il faut que la 4-impulsion soit vulnérable à l'expansion et il me semble que cela ne peut s'expliquer que par l'effet de la gravité (en reprenant le formalisme du transport parallèle en espace-temps courbe exposé par Mach).

[physeb2]

En effet, c'est une bonne remarque. Merci.