Aux limites de l'horizon de l'univers observable, que se passe-t-il ?

[Benj Poup 0]

... voilà, en gros, la question qui m'a été posée ce week-end, et dans la peur de dire de grosses bêtises, je préfère m'en remettre à ceux qui savent.

Pour être plus précis, la question était plutôt de savoir si un objet céleste visible au niveau de l'horizon de notre univers observable pouvait disparaitre avec l'expansion de l'univers. J'imagine que plusieurs scénarios sont possibles, en fonction du rythme de l'expansion de l'univers (accéléré ou non), donc si vous avez des pistes et - mieux encore ! - quelques références littéraires, je suis preneur !

Benjamin Poupard - Dans les Etoiles

[SBrunier 2]

dg2 viendra tantôt te répondre, j'espère, mais là, comme çà, au pif, je te dirais bien que l'horizon s'éloigne de 300 000 km par seconde, et que du coup, l'Univers visible à tendance à grandir. Donc tous les objets à l'intérieur de l'horizon y demeurent.

S

[SBrunier 2]

Par contre si l'expansion s'accélère comme une folle, dans le futur, avec l'énergie pas très claire, tous ces trucs qu'affectionne Chi du Cygne, alors effectivement, les objets sortiront de l'horizon, enfin, toujours au pif, 16 à main gauche, knackis tièdes à main droite, au café du commerce...

S

[Ce message a été modifié par SBrunier (Édité le 25-06-2007).]

[vaufrèges 0]

Dans le cadre d'une expansion accélérée, à l'échelle de milliers de milliards d'années, notre Univers deviendra inexorablement un "Univers île", constitué uniquement par l’amas local, et perdu dans une immensité sombre et froide.

C'est la conclusion d'un article des cosmologistes Lawrence Krauss et Robert J. Scherrer, qui viennent de recevoir l’un des cinq prix donnés chaque année par la "Gravity Research Foundation".

L’article sélectionné examine le futur de l’Univers au cours des prochaines 3000 milliards d’années, dans le cadre d’un Univers en expansion éternelle, et en présence d’une constante cosmologique accélérant l’expansion de l’Univers.
http://www.futura-sciences.com/fr/sinformer/actualites/n ews/t/astronomie/d/lunivers-dans-3000-milliards-dannees_12021/

(Je sens déjà monter les ondes négatives venant de ChiCygni )

[Ce message a été modifié par vaufrèges (Édité le 25-06-2007).]

[Benj Poup 0]

Merci pour l'article, Vaufrèges ! Bon, pour ceux que la question intéresse - et qui ne sont pas fâchés avec l'anglais - l'article original est plus riche que la version condensée de FS. Condensée mais pas forcément plus claire...

Je vous donne le lien vers le pdf : http://fr.arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0704/0704.0221v2.pdf

Benjamin Poupard - Dans les Etoiles

[PascalD 2948]

Salut,
Merci pour le lien.
En général il vaut mieux faire pointer sur le résumé, les PDFs n' étant pas gardés en ligne très longtemps sur arxiv. Les pdfs sont (re) générés à la demande , le résumé reste.
Et si une nouvelle version du papier sort, on le voit sur la page du résumé.
http://fr.arxiv.org/abs/0704.0221v2

A+
--
Pascal.

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 25-06-2007).]

[@stropilou 0]

Je suis loin d'étre astrophysicien mais je vais essayer de te faire partager mon point de vu (ou plutot celui de mes lectures....) sur la quetion.

Tout d'abord tu a parler d'horizon, d'univers visible. Il faut savoir que cette horizon est du a ce que la lumière des objets situé audela de cette limites (fictives, il n'y a pas de limites a proprement parlé). Sil l'on considérait un univers stationnaire, petit a petit de nouveaux objets seraient visible. Jusque la je pense pas avoir dit trop de betises....^^

Maintenant si l'on considère un univers en expansion : la "bulle" que forme l'univers visible s'agrandit toujours, mais comme l'univers s'étant ( les distance entre les objets augmente, la lumière va se décaler vers le rouge, et vers les ondes radio a la fin) . Or cette expansion ne peut aller plus vite que la lumière (bonjour Einstein!!), donc ne pourra pas dépasser la vitesse d'expansion de l'univers visible. On pourrais, si je suis pas planté, dire qu'il n'est pas possbile qu'un objet "entré" dans l'univers puisse en ressortir du fait de l'expansion.

En outre il y a aussi quelque chose a considérer : il y a plusieurs formes d'expansions possible, qui dépendent de la masse global de l'univers(ou plutot de sa densité comme il est infini) :
si il est trés dense : Big crunch : l'expansion rallenti puis c'est une antiexpansion
si il est pas dense du tout : Expansion infini
si il est au milieu : petit a petit ça accélère.

Mais il devient difficile de trouver QUELLE forme d'expansion a notre univers : car on ne sait pas trop combien il y a de matiere noir : donnant de la masse mais invisible.

En plus on observe que l'accélération augmente : ce qui pourrait etre du a l'ENERGIE NOIRE : encore une foi trés sombre

En tout cas l'expansion ne pourra JAMAIS dépassé la vitesse d'expansion de l'univers visible : On ne peut dépasser la vitesse de la lumière (enfin pas encore)

je ne fait que redire sans doute plein de choses mais cé comme cela que je répondrait : a vos clavier !!!!

[joan 0]

"Or cette expansion ne peut aller plus vite que la lumière (bonjour Einstein!!)"

Ben en fait si !
Comme ce ne sont pas les objets qui s'éloignent les uns des autres dans un référentiel fixe, mais bien l'espace sous-jacent qui s'agrandit, rien n'interdit que la vitesse de récession d'un objet par rapport à un observateur ne soit supérieure à c.
Dans ce cas les photons diffusés par cet objet vont en quelque sorte s'éloigner constamment de nous : ils ne nous atteindrons jamais. snif.

[Ce message a été modifié par joan (Édité le 26-06-2007).]

[PascalD 2948]

quote:

---

...ils [les photons émis par les objets qui ont une vitesse de récéssion > c] ne nous atteindrons jamais. snif.

---

Ben si !
On en a déjà observé pas mal (tous les objets de redshift z>1,5 ont une "vitesse de récéssion" > c)

Les problèmes de distance, de vitesse de récession, et des divers horizons , c' est pas simple et ça donne vite mal au crâne.

Cf : http://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 26-06-2007).]

[olivier18 0]

On ne peut répondre à cette question qu'en s'appuyant sur la relativité générale. D'une part on considère la vitesse de la lumière comme constante. D'autre part on considère la constante cosmologique comme non nulle. Attention à l'emploi des mots "énergie noire". Je rappelle que c'est un terme rajouté par Einstein dans son équation et qu'on ne lui a trouvé aucun sens physique. Ce n'est probablement pas une quelconque forme d'énergie.

L'expansion n'est pas considéré comme un mouvement de corps. C'est l'espace-temps, qui n'existe qu'en présence de matière ou d'énergie, qui se dilate. Aucune information n'est transmise. Donc cela ne contredit en rien le postulat de la vitesse limite de toute information.

Donc nous pouvons très bien avoir un taux d'expansion supérieur à c.

Si le taux d'expansion est accéléré et supérieur à c, alors pour tout objet se trouvant à la frontière de notre univers observable, il se trouvera définitevement hors de notre vision.

Mais l'univers devient opaque, proche de l'horizon cosmologique.

[joan 0]

quote:

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Ben si !
On en a déjà observé pas mal (tous les objets de redshift z>1,5 ont une "vitesse de récéssion" > c)

---

Oui, en fait j'ai déjà lu ce pdf... Mais comme même après sa lecture je n'ai pas encore compris comment les photons qui s'éloignent finissent par se trouver dans une zone où l'expansion n'est plus > à c, ni pourquoi/comment le rayon de la sphère de Hubble augmente au cours du temps... J'ai juste simplifié pour pouvoir réagir succintement à l'affirmation comme quoi la vitesse de récession ne pouvait pas dépasser c.

[Ce message a été modifié par joan (Édité le 26-06-2007).]

[Bruno- 1854]

Si le PDF indiqué par PascalD est celui que je pense (connexion lente ==> je ne vais pas le télécharger pour vérifier), j'affirme que c'est lui qui répond à la question de Benj Poup. Je l'ai lu, j'ai mis une semaine en consacrant chaque soirée à essayer de comprendre, et j'ai appris plein de choses. J'avais même réussi à comprendre certaines choses, et je les ai oubliées... Bref, c'est de la lecture difficile, mais possible ! Or j'affirme aussi que la réponse à la question de Benj Poup, elle ne se fait pas en quelques phrases dans un message du forum, malheureusement...

Quelques petites remarques :

- L'Univers ne s'étend pas à une vitesse plus ou moins vite que la lumière, il n'a pas de vitesse d'expansion mais un taux d'expansion et il me semble que ce n'est pas du tout pareil.

- Si une galaxie est juste au-delà de l'horizon, comme celui-ci s'éloigne de nous, on se dit qu'elle deviendra visible bientôt... sauf qu'elle aussi s'éloigne de nous. Alors ? Ce raisonnement est trompeur, car la galaxie dont on parle, celle qu'on va observer, est visible dans le passé, et on pourrait raisonner de travers en oubliant ce point.

En effet, j'ai envie de dire la chose suivante : la galaxie est juste au-delà de l'horizon à un instant t1. Attendonc que l'horizon augmente suffisamment. On s'attend à la voir à un instant t2>t1. Eh bien non, c'est la galaxie à l'instant t0<t1 qu'on verra (quand l'horizon augmente, on remonte plus loin dans le passé). En t0, la galaxie est plus proche de nous qu'en t1, vous ne croyez pas (puisque l'Univers était alors moins étendu) ?

En fait, ce raisonnement aussi est trompeur (comme le "votre") car on ne parle pas de la même distance. Quand je dis que ma galaxie s'est rapprochée au temps t0, c'est la distance entre la galaxie à cette époque et nous à cette époque. Quand vous dites que le galaxie s'éloigne si on attend que l'horizon augmente suffisamment, c'est la distance entre la galaxie aujourd'hui et nous aujourd'hui. Or la distance en jeu dans ces phénomènes, c'est une distance spatio-temporelle (nous sommes au présent, la galaxie est au passé). Bref, c'est drôlement compliqué !

[PascalD 2948]

Bruno : Je pense que c' est celui que tu penses (le lien pointe sur le résumé, donc tu n' es pas obligé de télécharger le PDF pour t' en assurer).

[ChiCyg 0]

Il me semble qu'on peut répondre à la question même sans rentrer dans les détails du modèle standard.

A partir du moment où on voit un objet, il ne peut plus "sortir" de l'horizon. Sinon, on le verrait "rajeunir" avant de disparaître derrière l'horizon ce que Einstein a formellement interdit depuis qu'il édicta les relativités.

On ne peut parler de vitesse par rapport à nous que pour des objets dont on reçoit de la lumière et une telle vitesse ne peut jamais être supérieure à celle de la lumière.

En fait, c'est un peu formel parce si sa vitesse d'éloignement augmente, l'objet nous apparaît de plus en plus rouge et de plus en plus faible un peu comme le malheureux astronaute supposé plonger dans un trou noir.

[ChiCyg 0]

Je viens de lire l'article cité plus haut qui est assez poilant. Pour ceux qui ne lisent pas l'anglais, je résume : les auteurs se placent dans un temps très futur (10 ou 50 fois 13 milliards d'années ou encore plus) et se demandent si les cosmologistes de cette future époque pourraient déduire de leurs observations l'expansion de l'univers. Ils répondent non sur trois observations essentielles :
. la loi de Hubble,
. le fond diffus cosmologique,
. l'abondance des éléments.

Dans le cadre du modèle standard du big bang, les amas liés gravitationnellement "échappent" au "flot" de l'expansion et ne s´éloignent pas les uns des autres. Dans ce cas, dans le futur lointain, l'univers visible donnera l'impression d'un îlot isolé, donc d'un univers statique.

Le fond diffus cosmologique sera de plus en plus rouge et de plus en plus faible jusqu'au moment où sa longueur d'onde devenant comparable à la taille de l'univers visible, il ne puisse plus être observé par les braves astronomes. Et même bien avant cette échéance, son niveau sera bien plus faible que le niveau d'émission du plasma interstellaire. Donc, le fond diffus cosmologique deviendra inobservable.

La relativité générale viendra-t-elle à l'aide de nos descendants ? Non, disent les auteurs, parce que, sans évidence observationnelle, on ne peut inférer un univers en expansion.

Quant à l'abondance des éléments primordiaux, d'une part sans fond diffus cosmologique et sans loi de Hubble, les cosmologistes n'auraient aucune raison de la rechercher, d'autre part cette composition primordiale sera masquée par les générations successives d'étoiles et enfin les quasars seront, à cette époque, trop rougis ou trop faibles (mêmes raisons que précédemment) pour être observables. Cependant, d'après les auteurs, les futurs cosmologistes les plus astucieux pourraient trouver une limite basse à l'âge de leur univers à partir de l'évolution stellaire et de la détermination de l'âge des plus vieilles étoiles. Et trouver une limite haute par le temps nécessaire aux étoiles pour fabriquer tout l'hélium qu'ils observeraient. Ils pourraient donc déduire que leur univers îlot n'existe pas de toute éternité mais ils seraient incapables de conclure à un big bang.

Conclusion des auteurs : La remarquable coïncidence cosmique de vivre à une époque où les densités de l'énergie noire et de la matière noire sont comparables a déjà été une source de spéculations diverses. Il y a aussi une autre coïncidence que notre époque actuelle soit justement celle à même d'inférer l'existence de l'expansion de l'univers et l'existence de l'énergie noire. Les observateurs dans un univers dix fois plus jeune n'auraient pas pu discerner l'effet de l'énergie noire sur l'expansion et les futurs cosmologistes dans un univers dix fois plus âgé ne pourront savoir qu'ils vivent dans un univers en expansion ni que cette expansion est dominée par l'énergie noire. L'univers leur apparaîtra statique et toutes les évidences qui forment notre compréhension actuelle de l'univers auront disparues.

Fin du résumé, les correctifs sont les bienvenus !

C'est marrant de se poser ce genre de questions. Mais je n'arrive pas à sentir les intentions (cachées ?) des auteurs. Ils relativisent la fiabilité de notre compréhension de l'univers en montrant que cette compréhension serait trés différente selon l'âge de l'univers à laquelle elles seraient faites. Veulent-ils suggérer seulement que certaines choses nous échappent du fait de notre position particulière dans l'histoire de l'univers ? Vont-ils plus loin en montrant, par l'absurde, que l'histoire de l'univers nous est inaccessible par notre position dans le temps et dans l'espace ? A votre avis ?

[Ce message a été modifié par ChiCyg (Édité le 26-06-2007).]

[Bruno- 1854]

ChiCyg : il me semble, justement, que c'est plus compliqué que ça.

« On ne peut parler de vitesse par rapport à nous que pour des objets dont on reçoit de la lumière et une telle vitesse ne peut jamais être supérieure à celle de la lumière. »

Si, si. Voir le fichier PDF dont PascalD a donné un lien. Mais bon, ça dépend peut-être ce qu'on appelle une vitesse ? D'après cet article, ils considèrent apparamment la vitesse de récession comme une vitesse.

« En fait, c'est un peu formel parce si sa vitesse d'éloignement augmente, l'objet nous apparaît de plus en plus rouge et de plus en plus faible un peu comme le malheureux astronaute supposé plonger dans un trou noir. »

Sauf que, lorsque la vitesse de récession tend vers c, le décalage vers le rouge ne tend pas vers l'infini. C'est lorsqu'il tend vers 1,5 ou quelque chose comme ça (ça dépend du modèle d'Univers) : voir un des graphiques de l'article.

[PascalD 2948]

ChiCyg :

quote:

---

Veulent-ils suggérer seulement que certaines choses nous échappent du fait de notre position particulière dans l'histoire de l'univers ?

---

Ton résumé est impec ! Il me semble bien avoir lu qu' ils posent explicitement la question (c' est donc plus qu' une suggestion ).
EDIT : Ah, non. J' ai du confondre avec un autre truc ...
Donc, ton résumé est impec, point final.

Mais bon, de toute façon ce genre de question c' est plus de la science, c' est de la philo

Maintenant, à mon avis, oui, jamais l' intégralité de l' histoire de l' Univers ne nous sera accessible; pire , je pense qu' il en va de même pour l' univers observable (et même , je ne suis pas sûr que la phrase précédente signifie quelque chose )

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 26-06-2007).]

[Benj Poup 0]

A la personne qui m'avait posé la question qui anime ce post, avant d'admettre que je ne savais pas répondre à sa question, j'avais averti que l'aspirine était le meilleur allié des curieux de son espèce.

Je suis heureux de ne pas lui avoir menti

En tous cas, je me garde le volumineux document de 25 pages de PascalD - merci pour le lien ! - pour mes lectures de vacances, ça à l'air intéressant comme tout.

A moins que je leur préfère la re-lecture du Guide du Routard Galactique, qui propose certainement une réponse appropriée à cette question

Benjamin Poupard - Dans les Etoiles

[vaufrèges 0]

Pour en revenir à la question initiale de Benj Poup >>> : "Pour être plus précis, la question était plutôt de savoir si un objet céleste visible au niveau de l'horizon de notre univers observable pouvait disparaitre avec l'expansion de l'univers."

Selon les conclusions de l'article cité plus haut et dans le cadre du modèle standart, la réponse est clairement oui.

Au terme de milliers de milliards d'année, notre "univers visible" se limiterait strictement à notre amas local.

Du fait de l'expansion accélérée, il semble irrémédiable qu'à terme, du fait de l'immensité de l'espace qui sépare les amas - l'expansion se révélant significative à cette échelle - ils soient condamnés à s'éloigner les uns des autres plus vite que la vitesse d'expansion de leurs horizons cosmologiques respectifs.

Si j'ai bien compris.

[Ce message a été modifié par vaufrèges (Édité le 26-06-2007).]

[ChiCyg 0]

Bruno, dg2 avait dans http://www.astrosurf.com/ubb/Forum1/HTML/002051-2.html écrit :

quote:

---

> Effectivement,
> Les vitesses apparentes dues à l'expansion peuvent
> allègrement dépasser C, j'ai plus d'exemples en tête, mais
> si tu regardes l'effet Doppler d'une galaxie de z 6 ou 7, et
> que tu ne prends pas en compte la dilatation de l'espace
> pendant la durée du voyage de la lumière, tu as facilement
> des vitesses apparentes de 6 ou 7 C...

"Vitesse apparente" ne veut pas dire grand chose dans ce contexte. Ce que l'on voit, c'est le décalage vers le rouge de ces objets. Dans le cadre de la relativité restreinte, on peut associer une vitesse à un redshift, la vitesse tendant vers c quand le redshift tend vers l'infini. Dans cette interprétation là, à un redshift de 6 ou 7, on est très proche de c. En réalité cette interprétation est erronée. En fait dès que l'espece tmps n'est pas statique, le concept de vitesse relative entre deux objets n'a pas vraiment de sens quand les deux objets ne sont pas situés à proximité l'on de l'autre. Si on définit les distances comme étant celles que l'on mesurerait si l'expansion s'arrêtait brutalement, alors les objets les plus lointains actuellement observables sont situés à quelque chose comme 45 milliards d'année lumière. Si maintenant on dit que la loi de Hubble s'applique, c'est-à-dire que la vitesse de récession des objets est proportionnelle à leur distance, alors cette vitesse tend vers un peu plus de 3 fois la vitesse de la lumière pour les objets les plus distants. En gros dès que le décalage vers le rouge d'un objet dépasse 1, la distance qui nous sépare de cet objet croît aujourd'hui plus vite que la lumière.

---

Vaufrèges, la "disparition" avec l'expansion n'est pas comme le soleil qui disparait derrière l'horizon, mais plutôt une sorte de fondu, d'évanescence rougissante et ralentissante. Pour reprendre l'exemple de dg2 d'un objet à z=1 aujourd'hui, il apparaitra, dans l'avenir, de plus en plus rougi, faible et son évolution de plus en plus lente : le temps paraitra s'arrêter pour lui. Il ne disparait pas, il s'efface ... si toutefois, la vision expansionnesque et big bangesque est la bonne

[vaufrèges 0]

-----------------------------------------------------------
"il apparaitra, dans l'avenir, de plus en plus rougi, faible et son évolution de plus en plus lente : le temps paraitra s'arrêter pour lui. Il ne disparait pas, il s'efface"
-----------------------------------------------------------
OK ChiCyg, ...il s'efface donc. Mais que cette évolution soit extrêmement lente, oui, en effet
Evolution absolument pas observable à l'échelle humaine en fait.
On parle bien d'un processus courant sur 3000 milliards d'années...

[dg2 1350]

Attention, le décalage vers le rouge d'un objet n'augmente pas nécessairement au cours du temps. C'est vrai si l'expansion s'accélère, mais pas si elle décélère. Si l'exapnsion s'accélère, alors l'objet est d'une part de plus en plus rouge, et d'autre part de moins en moins lumineux. Si à  l'inverse l'expansion décélère, alors le redshift décroà®t au cours du temps. Cela ne signifie pas que l'objet est plus lumineux pour autant, cependant.

[ChiCyg 0]

dg2, merci du correctif. Effectivement, dans le modèle standard du big bang et si je comprends bien, si l’expansion n’accélère ni ne décélère la constante de Hubble mesurée par nos descendants sera de plus en plus faible et les mêmes galaxies s’éloigneront à la même vitesse mais apparaîtront de plus en plus éloignées et donc plus faibles.

Pour le fond diffus cosmologique, c’est différent : au fur et à mesure que le temps s’écoule, on voit l’univers au même âge (environ 300 000 ans) mais pour un lieu de plus en plus éloigné. Le décalage vers le rouge du fond diffus cosmologique augmente donc avec le temps : environ 1000 aujourd’hui, 2000 dans une dizaine de milliards d’années (je suppose). Si, à ce moment là, on regarde à un décalage de 1000 (celui du fond diffus cosmologique aujourd’hui) on verra, en avant plan du "nouveau" fond cosmologique, un univers un petit peu plus évolué qu’aujourd’hui, mais de seulement quelques centaines de milliers d’années (je suppose). Et il faudra attendre très, très longtemps (je suppose quelques milliers de milliards d’années) pour y voir s’y former les premières galaxies !

Après ce bref égarement orthodoxe, je sens monter mes bas instincts provocateurs et constestataires !

[vaufrèges 0]

En effet ChiCyg, tu es méconnaissable.

Reprends toi, on a perdu nos repères

Pour le FDC, tu m'embrouilles, j'y comprend plus rien...

[ChiCyg 0]

Mon petit vaufrèges, désespéré je suis de t'embrouiller

Pourtant, il me semble que tu l’avais toi-même si bien exposé : on voit toujours la "sphère de dernière diffusion" juste après que l’univers fut devenu transparent quelques centaines de milliers d’années après le grand boum. Cette sphère constitue le FDC et elle concerne des régions de plus en plus lointaines au fil du temps donc à un décalage vers le rouge de plus en plus important (aujourd’hui de l’ordre de z = 1000).

Quand tu observais le ciel il y a dix milliards d’années (toi ou une de tes préincarnations antérieures ), ce FDC n’était qu’à environ trois milliards d’années lumière et à un décalage z de l’ordre de 400 (à la louche). Aujourd’hui on voit cette zone (d’où provenaient les photons du FDC) toujours à un décalage de 400 (si l’expansion ne s’accélère pas) mais âgée d’environ 2 millions d’années - c’est-à-dire encore bien jeune

Autre exemple, le quasar qu’on observe aujourd’hui à z=4 a du être observé depuis ton balcon en tant que FDC 4,5 millions d’années (seulement) après le big bang avec le même décalage de z=4.

Plus un objet est proche, plus il y a longtemps qu’il a été observé en tant que FDC : il y a belle lurette que ses photons de FDC nous sont parvenus, vu qu’ils n’avaient pas beaucoup de trajet à faire. Je te laisse déduire la réciproque

Suis pas vraiment sûr :
1) d’avoir tout juste,
2) d’avoir éclairci la situation