L'Oeuf ou la Poule ?

[mnicole01ca 0]

Cédric - Voici un tableau montrant le Redshift en fonction du temps pris par la lumière pour nous rejoindre. C'est tiré du livre "Cataclysmic Cosmic Events" de Martin Mobberly (page 158) que vous pouvez consulter en ligne à l'adresse ci-dessous. On mentionne un Redshift de 1100 pour le RC.
http://minilien.com/?h6jQ4s3Tkm

Bye,
Michel

[mnicole01ca 0]

quote:

---

bref, si je n'ai pas lamentablement bourdé, les objets plus distants que 13,714 Gal (dans le cas d'une constante de hubble égale à 70Km.s-1.MPc) seront tout simplement 'invisibles' pour nous, définissant ainsi la fameuse ' limite de l'univers observable.

---

Bonjour aka !

Je ne suis pas en mesure de vérifier tes calculs ... ne comptes donc pas sur moi pour te fouetter Ce que je sais, c'est que l'on peut capter le RC malgré son Redshift élevé. À toutes fins pratiques, le RC représente la limite de l'univers observable puisque qu'avant cette époque, l'univers était opaque à la radiation électromagnétique.

Le seul moyen d'aller plus loin (et plus près du Big Bang donc) serait de pouvoir capter les neutrinos et les ondes gravitationnelles émis peu de temps après le Big Bang ... ce qui n'est pour demain semble-t-il en admettant que ce soit possible un jour.

Bye,
Michel

[PerrouriefhCedric 4 122]

Ben tiens...merci pour l'info! j'avais entendu dire que le redshift du RC était de l'ordre de 950... ou j'ai mal compris, ou on a fait des mesures plus précises depuis.

Bonne soirée

C.P.

[aka 0]

si un gros bourrin de la théorie du big bang, et plus particulièrement du fond diffus peut me dire comment on calcule le z de ce fond diffus cosmologique... parce que a des redshift de 1100, les raies doivent être sacrément décalées, peut on encore identifier les première raies d'emission émise dans l'univers fraichement transparent?

[LAURENT.BAR 27]

Redshift du RC de 950, de 1000 et puis de 1100!!!
Vous voyez bien que l'univers est en expansion!(non, je blague...).

[dg2 2 034]

On ne voit pas de raie d'émission dans le fond diffus. On calcule son redshift en déterminant l'équilibre H <--> p + e^- quand ces espèces baignent dans un bain thermique. Intuitivement, la recombinaison se fait quand la température correspond à l'énergie d'ionisation de l'hydrogène, soit 13,6 électrovolts, soit dans les 136000 degrés. Ici, cette approximation ne marche pas car l'univers est un système atypique en ce sens qu'il a un rapport nombre de photon/nombre d'atomes (ou de noyaux) très élevé, supérieur à un milliard. La recombinaison se fait dans ce cas quand l'énergie moyenne du milliardième de photons les plus énergétiques est de l'ordre de l'énergie d'ionisation de l'hydrogène. Cela se produit quand l'énergie *moyenne* des photons dans leur ensemble est, elle, très inférieure à cette énergie d'ionisation. En l'occurence, cela se produit aux alentours de 3000 kelvins, soit dans les 40 fois plus froid que l'estimation naïve. Une fois que vous avez ce chiffre, le redshift correspondant est calculé en faisant le rapport entre cette température de recombinaison (3000 K) et la température actuelle de fond diffus cosmologique (2,726), ce qui donne dans les 1100 (1089 est la valeur mentionnée dans la littérature). Attention cependant au fait que la recombinaison n'est pas instantannée : elle va en gros de z=2000 à z = 500, le 1000 correspondant au moment où la concentration d'électrons libre baisse le plus rapidement.

Comme à cette époque l'univers est en parfait équilibre thermique, vous n'avez pas de raie d'émission, et donc pas de moyen de déterminer observationnellement ce redshift. Personne ne doute cependant de sa valeur, car la physique qui règne alors est parfaitement connue : un plasma peu dense à 3000 degrés n'a rien d'exotique ! On peut cependant envisager une détermination observationnelle du redshift par le fait que la recombinaison produit un raie d'émission : la raie Lyman-alpha de l'hydrogène, quand l'électron, capté par le noyaux d'hydrogène se désexcite et passe du premier niveau excité au niveau fondamental. En pratique cette raie d'émission n'est guère observable : du fait du rapport photon / atomes, la recombinaison ne produit que peu de photons par rapport au nombre déjà existant (raie très faible, donc), et comme de plus elle n'est pas instantannée, la raie est très étalée. A une époque des gens cherchaient à savoir si malgré tout on pourrait la trouver dans les données, mais je crois que cela reste plus qu'hypothétique.

[aka 0]

Ok, merci bcp pour l'info.

[mnicole01ca 0]

Excellente réponse en effet ... merci dg2!

J'aurais une petite question additionnelle suite à la lecture de cette partie de la réponse ...

quote:

---

Attention cependant au fait que la recombinaison n'est pas instantannée : elle va en gros de z=2000 à z = 500, le 1000 correspondant au moment où la concentration d'électrons libre baisse le plus rapidement.

---

De quelle période approximative de temps parle-t-on pour un Redshift qui passe de 2000 à 500 ? De milliers d'années ?

Bye,
Michel

[Ce message a été modifié par mnicole01ca (Édité le 19-04-2009).]

[ChiCyg 0]

quote:

---

Intuitivement, la recombinaison se fait quand la température correspond à l'énergie d'ionisation de l'hydrogène, soit 13,6 électrovolts, soit dans les 136000 degrés.

---

En fait, la température d'ionisation dépend de la pression, mais elle est beaucoup plus basse, de l'ordre de quelques milliers de K. Dans le soleil, la moitié de l'hydrogène est ionisée vers 10000 K. Pour des pressions plus basses (dans des nuages), la moitié de l'hydrogène est ionisée en dessous de 4000 K.

quote:

---

Ici, cette approximation ne marche pas car l'univers est un système atypique en ce sens qu'il a un rapport nombre de photon/nombre d'atomes (ou de noyaux) très élevé, supérieur à un milliard. La recombinaison se fait dans ce cas quand l'énergie moyenne du milliardième de photons les plus énergétiques est de l'ordre de l'énergie d'ionisation de l'hydrogène. Cela se produit quand l'énergie *moyenne* des photons dans leur ensemble est, elle, très inférieure à cette énergie d'ionisation. En l'occurence, cela se produit aux alentours de 3000 kelvins, soit dans les 40 fois plus froid que l'estimation naïve.

---

Le raisonnement me surprend. Il me semble que pour un corps noir en équilibre thermodynamique le rayonnement ne dépend que de la température. Comme précisé plus haut, en calculant l'équilibre chimique, on trouve bien de l'ordre de 3000 K pour des pressions suffisamment basses.

quote:

---

Comme à cette époque l'univers est en parfait équilibre thermique, vous n'avez pas de raie d'émission, et donc pas de moyen de déterminer observationnellement ce redshift.

---

Pour que l'équilibre thermodynamique soit parfait, il faut que le milieu soit parfaitement opaque. Dès que des photons s'échappent, l'équilibre est rompu. Or, si nous voyons des photons du fond diffus cosmologique, c'est que l'univers n'était plus opaque, donc il n'était plus en équilibre thermodynamique.

La situation est la même que dans le Soleil, les photons qui nous parviennent proviennent de la photosphère. On ne voit pratiquement aucun photon juste en dessous de la photosphère vers 10000 K. Mais les photons émis par la base de la photosphère ont tendance à être absorbés par les couches supérieures plus froides. D'où la formation de raies d'absorption.

Pourquoi ne voit-on pas des raies d'absorption (par exemple la série de Balmer) dans le fond cosmologique, une partie du rayonnement devrait être absorbée en traversant les couches plus froides ?

[dg2 2 034]

> Le raisonnement me surprend. [...] Comme précisé plus haut, en calculant
> l'équilibre chimique, on trouve bien de l'ordre de 3000 K pour des
> pressions suffisamment basses.

PV = NRT, n'est pas ? Dire que la temperature de recombinaison baisse a faible densite ou a basse pression revient au meme, les deux etant proportionnels.

> Pourquoi ne voit-on pas des raies d'absorption (par exemple la série de
> Balmer) dans le fond cosmologique, une partie du rayonnement devrait être
> absorbée en traversant les couches plus froides ?

Parce que vous n'aurez jamais plus d'un photon sur un milliards qui va etre absorbe, puisque ce rapport de 1 sur 1 milliard est celui du nombre d'atomes au nombre de photons. Notez aussi que l'opacite baisse tres brutalement, ce qui limite ces phenomenes d'absorption.

[dg2 2 034]

> De quelle période approximative de temps parle-t-on pour un Redshift qui
> passe de 2000 à 500 ? De milliers d'années ?

A cette epoque, les distances augmentent au cours du temps selon la loi R = t^(2/3). Par consequent, quand l'expansion dilate l'univers d'un facteur 2 (d'un reshit de 999 a un redshift de 499, par exemple), le temps augmente d'un facteur 2 fois racine de 2, soit 2,0. Donc si vous placez z = 1000 a 380000 ans, vous avez z = 2000 a 135000 ans, et z = 500 a un peu plus de 1 million d'annees. Autrement dit, la duree de la recombinaison est superieure a l'age de l'univers au moment ou elle debute. (meme chose que pour la nucleosynthese).

[mnicole01ca 0]

Merci dg2 ... c'est une période beaucoup plus longue que je pensais.

Bye,
Michel

[Kaptain 5 880]

dg2, encore merci pour l'extrême clarté de vos explications.

[ChiCyg 0]

quote:

---

PV = NRT, n'est pas ? Dire que la temperature de recombinaison baisse a faible densite ou a basse pression revient au meme, les deux etant proportionnels.

---

PV = NRT est la loi des gaz "parfaits" ce qui n'est pas vraiment le cas d'un plasma.

L'équilibre thermique d'un plasma suppose un équilibre sur :
. la distribution des vitesses de ses particules (ions, électrons, atomes),
. la distribution des niveaux d'excitation,
. la distribution des états d'ionisation.

Il n'y a pas vraiment de température de recombinaison mais un déplacement de l'équilibre avec la température et la pression qui ne suit pas une loi de proportionalité.

Tout cela est bien connu et utilisé dans tous les modèles d'atmosphères stellaires.

quote:

---

Parce que vous n'aurez jamais plus d'un photon sur un milliards qui va etre absorbe, puisque ce rapport de 1 sur 1 milliard est celui du nombre d'atomes au nombre de photons.

---

Dans un milieu en équilibre thermodynamique les photons interagissent constamment avec la matière. Ils sont constamment absorbés et émis, et ils ont une distribution qui suit la loi du corps noir. Je ne vois pas bien ce que veut dire "jamais plus d'un photon sur un milliard va être absorbé" sinon que cela signifie que le milieu n'est pas en équilibre thermodynamique.

Soit la matière et le rayonnement sont en équilibre thermodynamique et les photons ont une distribution dite de rayonnement du corps noir, soit matière et rayonnement ne sont pas en équilibre thermodynamique et il n'y a aucune raison pour que le rayonnement soit celui du corps noir. Je ne vois pas d'autre choix.

quote:

---

Notez aussi que l'opacite baisse tres brutalement, ce qui limite ces phenomenes d'absorption.

---

Dans le soleil aussi l'opacité baisse très brutalement (en une centaine de kilomètres). Pour autant, cela ne peut empêcher qu'il y ait des couches plus froides donc absorbantes entre la source de rayonnement du corps noir et l'observateur.

Si la recombinaison a duré 1 million d'années c'est pas si brutal ... ça laisse pas mal de temps. En tous cas plus de temps que pour établir l'équilibre initial vers 3000 K ...

[aka 0]

d'un autre coté, dans le cas du rayonnement de fond, il a certainement traversé une grande quantité de nuages, donc est marqué d'un multitude de raies d'absorbtion de z variables.

rien ne peut certifier ici que les raies de z maximal soient contemporaines de l'emission du rayonnement a 3000K.

pour ce qui est de la raie lyman alpha, lors de la recombinaison de l'hydrogène atomique, on devrait pouvoir la retrouver décalée dans le proche infrarouge cependant...

ceci dit, j'ai du mal a imaginer le niveau de complexité d'une analyse spectrale sur le fond diffus....