Q

Expansion de l'univers...

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Bonjour/soir/nuit,

Je me pose une question (sans doute bête) concernant l'expansion de l'univers, mais je vais tout de même la poser... parceque cela fait plusieurs jours que cela me trotte dans la tête !

E. Hubble a été le premier à constater que la majeur partie des galaxies s'éloignent de nous (hormis certaines galaxies proches du groupe local).

Pour ce faire, il a mesuré le décalage spectral de diverses galaxies de distance connue et a constaté qu'il existe une relation linéaire entre le décalage spectral (et donc la vitesse d'éloignement) et la distance de la galaxie, relation qui s'énonce par la formule :

v = H . D

Avec

V, la vitesse
H, la constante de Hubble
d, la distance terre - galaxie

En clair, si une galaxie A est deux fois plus loin de nous qu'une galaxie B, alors A s'éloignera 2x plus vite de nous que B.

C'est ici que quelque chose m'échappe. Mon raisonnement est le suivant :

La vitesse de la lumière est une grandeur finie, plus on observe loin, plus on "remonte dans le temps", et la loi de Hubble nous dit que les galaxies les plus lointaines (et donc les plus vieilles) sont celles qui ont le plus grand redshit et donc qui s'éloignent le plus vite de nous.

Si je continue le raisonnement, cela devrait donc dire que la vitesse d'éloignement est d'autant plus grande que l'univers est jeune, et donc que l'expansion ralenti.

Qui peut me dire ou je fais fausse route ? merci !

Cordialement,
Quentin

PS : ou bien le décalage spectral ne traduit pas la vitesse au moment ou la lumière a été émise ?

[Ce message a été modifié par Q (Édité le 05-03-2014).]

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Il me semble que non, si tu vas là-bas les galaxies proches s'éloignent également moins vite que les lointaines... quelque soit l'endroit où tu te trouves dans l'Univers tu verras le même scénario... il n'y a pas de centre, c'est comme les points sur un ballon que tu gonfles, ils s'éloignent à la même vitesse l'un de l'autre mais plus un point est éloigné d'un autre plus la vitesse est grande ...

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Si j'ai bien compris le décalage dans le rouge ne traduit pas un déplacement physique mais l'expansion de l’espace temps.
Si quelqu'un peut confirmer ou infirmer cela serait bien.
Cordialement

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En tant que gourmand, j'aurais sans doute mieux compris avec l'image des raisins dans le gâteau qui cuit, mais enfin... on y arrive

Donc le redshift n'est finalement pas de l'effet Doppler à proprement parler ? Du coup si on considère la lumière comme une onde on peut comprendre qu'une dilatation engendre un allongement de la longueur d'onde, mais pour un photon c'est moins évident !

Cordialement,
Quentin

Edit : tu m'as devancé alpha aquila

[Ce message a été modifié par Q (Édité le 05-03-2014).]

[Ce message a été modifié par Q (Édité le 05-03-2014).]

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Je n'aime pas l'image du cake dans le four... parce justement le cake est DANS le four !! Il y a un contenant (le four) et un contenu (le cake).
Dans le big bang il n'y a pas de four !!
A+

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Q :

quote:
cela devrait donc dire que la vitesse d'éloignement est d'autant plus grande que l'univers est jeune, et donc que l'expansion ralenti.

Il y a là une erreur de raisonnement pas facile à expliquer... Je vais quand même essayer.

Supposons que l'expansion soit constante : ni accélérée, ni décélérée. Autrement dit la constante de Hubble est vraiment constante. Prenons deux galaxies, l'une lointaine, et l'autre encore plus lointaine. On observe leurs décalages vers le rouge : pour l'une z=3, et pour l'autre z=5.

Eh bien si l'expansion était moins rapide autrefois, ça ne signifie pas que le décalage vers le rouge de la galaxie la plus lointaine sera inférieur à celui de la galaxie proche. Non, il sera forcément supérieur puisque la dilatation totale de l'univers, par rapport à notre époque, est plus importante pour la galaxie lointaine que pour la galaxie proche. Mais comme l'expansion était autrefois plus lente, cette dilatation totale est moins grande que si l'expansion était constante. Du coup, au lieu d'avoir z=5, la galaxie lointaine aura peut-être z=4,5 ou quelque chose comme ça.

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quote:
les galaxies les plus lointaines (et donc les plus vieilles) sont celles qui ont le plus grand redshit
Les plus lointaines ne sont pas forcément les plus vieilles, enfin ça dépend ce qu'on veut dire par "vieilles". Elles sont vues d'autant plus "rajeunies" qu'elles sont loin.

Dans un modèle en expansion ni accélérée ni ralentie, deux galaxies données gardent la même vitesse relative (le même redshift) ce qui fait que la constante de Hubble diminue dans le temps (la vitesse reste la même mais la distance augmente dans le temps), c'est pour ça que la constante de Hubble s'appelle H0, elle est mesurée aujourd'hui.

Ce n'est pas la vitesse d'éloignement (entre deux galaxies) qui est d'autant plus grande que l'univers est jeune, c'est la constante de Hubble : sans expansion accélérée, niralentie quand les galaxies étaient dix fois plus proches, leurs vitesses relatives étaient les mêmes, mais leurs distances étaient dix fois plus petites et donc la constante de Hubble, à ce moment là, dix fois plus forte.

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C'est l'une des observations, un peu hallucinante, que veulent faire les astronomes avec le futur E-ELT. Mesurer, sur une vingtaine d'années, avec un spectrographe à très haute résolution (100 000, 1 million ?), le changement de redshift d'une galaxie...

Ce serait une magnifique et élégante, et probablement inutile, preuve de l'expansion de l'Univers...

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Pour Bruno

"la constante de Hubble est vraiment constante"

Les maths sont déjà difficiles mais si les constantes deviennent variables c'est à ne plus rien comprendre !! :=)) :=)) :=))

A+

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"Des constantes variables ? Ils sont fous ces astrophysiciens !"

Merci à tous pour vos réponses Je commence à y voir un peu plus clair, enfin je crois !

Donc en résumé, si je comprends bien, mon erreur était bien de croire que le décalage spectral traduisait la vitesse de déplacement de la galaxie au moment où la lumière a été émise. Le décalage spectral traduirait donc l'expansion de l'espace "intégrée" sur le labs de temps séparant l'émission de la réception de l'onde (merci Bruno ).

Donc pour une galaxie "proche", dont la lumière a voyagé peu de temps avant de nous parvenir (et a donc peu subit l'expansion), on mesure une vitesse de récession "actuelle" et on en déduit H0, par contre pour des galaxies plus éloignées ? La loi de Hubble ne devrait plus se vérifier ? En supposant que l'univers soit en expansion, il me semble qu'on ne devrait pas obtenir une relation linéaire entre vitesse de récession et distance, me trompe-je ?

Cordialement,
Quentin


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Q, je ne suis pas sûr de bien te comprendre. En fait, c'est assez simple

Avec une expansion ni accélérée, ni ralentie, les galaxies s'éloignent les unes des autres à vitesse constante. Les galaxies A et B qui s'éloignent l'une de l'autre à la vitesse v s'éloigneront demain à la même vitesse v, mais leur distance aura augmenté, vu qu'elles s'éloignent l'une de l'autre et donc, la constante de Hubble qui est le rapport de la vitesse à la distance aura diminué entre aujourd'hui et demain.

C'est de la mécanique : la vitesse relative de deux corps massifs qui s'éloignent a tendance à diminuer du fait de l'attraction qu'ils exercent l'un sur l'autre. Donc naturellement l'expansion devrait plutôt ralentir. Si on constate qu'au contraire, elle accélère, il faut trouver la cause de cette force "négative", c'est ce qui est appelée "l'énergie noire".

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Salut,

Merci pour ta réponse

En fait, c'est simple, j'essaye de comprendre comment, à partir des observations de décalage spectral, on en arrive à la conclusion que l'univers est en expansion ACCÉLÉRÉE.

Je conçois bien que pour que V soit constante (mouvement uniforme), alors que D augmente, il faut que H diminue proportionnellement à l'augmentation de D, c'est mathématique. Donc si on trace une courbe de H en fonction du temps, dans le cadre de ce scénario, on devrait avoir un H qui diminue constamment et donc une droite décroissante.

Puisque l'univers est en expansion accélérée, cela veut donc dire que H diminue moins vite que D augmente ? La courbe de H en fonction du temps ressemblerait à une fonction exponentielle inverse ou quelque chose dans le genre ?

Peut-on, à partir d'un ensemble d'observations à un instant t, en déduire que l'univers est en expansion accélérée? Ou bien, faut-il au contraire répéter les observations dans le temps pour voir l'évolution de H.

Les variations de H sont elles mesurables à l'échelle humaine ?

Je sais, cela fait beaucoup de question, mais je suis curieux et j'aimerais bien comprendre !

Cordialement,
Quentin

[Ce message a été modifié par Q (Édité le 07-03-2014).]

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quote:
Peut-on, à partir d'un ensemble d'observations à un instant t, en déduire que l'univers est en expansion accélérée? Ou bien, faut-il au contraire répéter les observations dans le temps pour voir l'évolution de H.
L'observation d'objets plus ou moins lointains est une façon d'explorer le temps ... sans attendre .

L'observation des courbes de lumière de supernovae de type Ia (explosion d'un système binaire) permet d'estimer la "magnitude absolue" de l'événement et donc de remonter à la distance, le redshift est mesuré par le décalage des raies. On a donc à la fois la distance et la vitesse. Perlmutter, Riess et leurs bandes ont mesuré que les supernovae les plus "redshiftées" étaient trop loin de 10 à 15 % par rapport aux plus proches. Ca leur a valu le prix Nobel.

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Donc l'écart de redshift par rapport à un redshift théorique basé sur un scenario d'expansion uniforme nous donne la variation de la vitesse d'expansion. En mesurant cet écart en fonction de la distance, on peut en déduire que le mouvement n'est pas uniforme et reconstituer la vitesse d'expansion depuis le big-bang jusqu'à nos jours ?

J'ai juste ?

Cordialement,
Quentin

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Plus précisément ils comparent leurs mesures avec ce que donnent différents modèles et ils concluent qu'il faut introduire une constante cosmologique pour coller aux mesures. Regarde leurs figures 4 et 5. http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=1998AJ....116.1009R&db_key=AST&link_type=ARTICLE
Le haut des figures donne la différence magnitude apparente - magnitude absolue (différence reliée à la distance) en fonction du redshift.
Les modèles sans expansion accélérée (constante cosmologique nulle) sont en tirets et pointillés, celui qui "colle" le mieux est celui du haut en trait plein avec constante cosmologique.

Où l'on voit qu'un prix Nobel tient à quelques barres d'erreur sur une courbe ...

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On parle bien de la même constante cosmologique que A Einstein avait lui même rajoutée à la théorie de la relativité générale afin de coller avec son idée d'un univers statique ?

C'est en effet impressionnant de voir qu'ils concluent à l'accélération à partir de si peu de mesures, d'autant plus que les trois mesures réalisées pour les Z les plus grands semblent plutôt coller avec une constante cosmologique nulle.

[Ce message a été modifié par Q (Édité le 07-03-2014).]

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Oui, c'est la même constante. En fait, c'est pas sûr qu'elle soit si constante que ça, si l'univers n'a pas toujours eu une expansion accélérée.

Il y a aussi les mesures des co-lauréats du Nobel, Perlmutter et sa bande : http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=1999ApJ...517..565P&link_type=ARTICLE&db_key=AST&high=
Leur figure 1 : ça augmente un peu la statistique ...

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Ça y est, il refont le coup de la constante qui varie

Que l'expansion n'ait pas toujours été accélérée se conçoit assez bien. Tout cela doit être lié au facteur d'échelle qui fait que l'énergie sombre prend le pas sur la force de gravitation ou pas.

Il est peut-être même possible qu'elle ait été ralentie alors que l'univers était jeune et avait une forte densité et courbure ? Et qu'une fois une dimension donnée atteinte, l'énergie sombre ai repris le pas sur la gravité et accéléré l'expansion.

En tous cas j'y vois déjà plus clair, merci pour toutes ces réponses.

Cordialement,
Quentin

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En fait, l'énergie sombre est un concept mystérieux, tout comme la constante cosmologique (qu'est-ce qui les justifie théoriquement ?) qui sont nécessaires pour expliquer l'accélération constatée de l'expansion de l'Univers à partir du moment où celui-ci est homogène et isotrope. Si tel n'était pas le cas, il serait concevable d'imaginer un Univers qui, étant beaucoup plus vaste que l'Univers observable, serait homogène et isotrope à son échelle uniquement. Qui nous dit que nous ne sommes pas dans une bulle d'Univers en expansion accélérée alors qu'à d'autres endroits ce n'est pas le cas ? Je ne prétends rien affirmer, je ne fais que m'interroger Puisque le FDC présente des anisotropies très légères, comment sait-on ce qu'elles sont devenues après tous ces milliards d'années dans des endroits de l'Univers où on ne peut plus les observer ? Ne seraient-elles pas devenues de grandes inhomogénéités qui prolongeraient à encore plus grande échelle la structure en éponge que l'on connaît à l'Univers observable ? Est-ce que l'expansion est véritablement uniforme dans l'espace et le temps ? Et surtout, peut-on en être sûrs ? C'est ça la plus grande question Je lis sur Wikipedia qu'une étude de 2013 remettrait en question le principe cosmologique ?

http://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_cosmologique

Avec un lien vers cette page
http://mnras.oxfordjournals.org/content/early/2013/01/07/mnras.sts497.full

Y a t y kékun qui puisse m'espiquer ?

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Cédric Perrouriefh :

quote:
Qui nous dit que nous ne sommes pas dans une bulle d'Univers en expansion accélérée alors qu'à d'autres endroits ce n'est pas le cas ?
J'suis pas là pour défendre les cosmologistes, c'est pas trop mon genre mais essayer d'expliquer ce qu'on voit c'est déjà pas mal, c'est un peu difficile d'expliquer ce qui pourrait être mais qu'on ne voit pas, non ?

De toutes façons, t'inquiètes "Dame Nature" se charge assez rapidement de montrer que les modèles sont toujours trop simples

Ce que je comprends de l'article que tu cites : Clowes et ses compères ont trouvé un "grand groupe de quasars" (LQG) bien loin (z=1,27) qui comporte 73 quasars et qui s'étend sur la bagatelle de 1240 millions de parsec (soit pas loin de 5 milliards d'année-lumière mesuré à la dimension que l'ensemble a aujourd'hui). Ca, c'est l'aspect mesure.

D'un autre côté les braves cosmologistes ont leur modèle du big bang dans lequel les inhomogénéités de départ sont limitées aux seules fluctuations quantiques à l'issue de l'inflation et ils calculent comment ces inhomogénéités évoluent dans le temps par écroulement gravitationnel sur les concentrations de matière initiales. Ils obtiennent une taille caractéristique (scale of homogeneity) à partir de laquelle l'univers doit apparaître homogène, en gros la plus grande taille possible des inhomogénéités. Cette dimension a été trouvée de l'ordre de 370 millions de parsec.

Clowes et ses compères concluent donc que leur groupe de quasars avec ses 1240 millions de parsec montrent un univers plus inhomogène que ce que permet le modèle.

Et voilà l'affaire, enfin, si j'ai bien compris .

Juste un truc, les observations proviennent d'un survey (SDSS sloan digital sky survey) avec un "petit" télescope de seulement 2,5 m ...
[edit] J'ai oublié : le télescope fonctionne en "drift scan" (comme Gaia). Il est immobile par rapport au sol et le ciel défile sur ses CCD qui sont synchronisées de telle manière que les colonnes sont décalées en synchronisation avec le ciel. La lecture en bout de ligne correspond à une pose sur toute la durée du transfert le long de cette ligne soit 54 secondes pour ce télescope. Déjà qu'il est pas si gros, en plus il a même pas de monture [/edit]

[Ce message a été modifié par ChiCyg (Édité le 08-03-2014).]

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On dit régulièrement que l'expansion de l'univers ne peut être mesuré localement.
Est-ce certain ?
En théorie cela peut-il influer sur les forces d'interaction faible au cours du temps et très légèrement faire dériver la période de demi-vie des éléments radioactifs, à coup de milliard d'années ?
A moi le Nobel ?

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On dit régulièrement que l'expansion de l'univers ne peut être mesuré localement.
Est-ce certain ?
En théorie cela peut-il influer sur les forces d'interaction faible au cours du temps et très légèrement faire dériver la période de demi-vie des éléments radioactifs, à coup de milliard d'années ?
A moi le Nobel ?

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quote:
On dit régulièrement que l'expansion de l'univers ne peut être mesuré localement. Est-ce certain ?

Oui, puisqu'à petite échelle la contribution des confins de l'univers à la force de gravitation que nous subissons est négligeable devant la contribution des objets proches. Par exemple le Soleil subit une force de gravitation due à la Galaxie qui est largement plus intense que la force de gravitation due aux galaxies lointaines.

quote:
En théorie cela peut-il influer sur les forces d'interaction faible au cours du temps et très légèrement faire dériver la période de demi-vie des éléments radioactifs, à coup de milliard d'années ?

Je ne vois pas le rapport entre l'expansion de l'univers, conséquence de la gravitation, et l'interaction faible.

quote:
A moi le Nobel ?

Si tu arrives à unifier la gravitation avec l'interaction faible, probablement !

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 12-03-2014).]

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"Je ne vois pas le rapport entre l'expansion de l'univers, conséquence de la gravitation, et l'interaction faible"
Via les constantes de structure fine et de structure fine gravitationnelle par exemple ?

[Ce message a été modifié par Alain MOREAU (Édité le 12-03-2014).]

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Ma question était moins naïve qu'il n'y paraît (désolé). C'est bien là mon propos,
1) l'expansion affecte l'espace et donc les forces de volume, ce qui je crois est le cas de l'interaction faible.
2) la variation du taux d'expansion sur des milliards d'années peut-il se quantifier et se mesurer: c'est un peu le big rip fossile que l'on cherche: les roches datées par radioactivité seront mesurée plus jeunes ou plus vieilles suivant l'isotope tracé. Les différentes mesures ne colleront pas.
3) Et c'est bien là toute la subtilité... on est pas perturbé localement par les effets de la gravitation pour cette mesure.

Donc ma question est: 1 et 2 sont-ils possibles et mesurables?

Je reste dans la course au prix Nobel, non? Et j'en réclame pas moins de 3, un pour la résolution du mystère de météorite dont la datation diffère suivant l'isotope utilisé, un pour la mesure locale de l'expansion de l'univers (ou plutôt son intégration sur plusieurs milliards d'année), et un pour l'entrevue d'un lien entre gravitation et d'autres force par cette mesure, paradoxalement.
Ou alors je fini au bistrot (de mon plein gré aussi)

[Ce message a été modifié par kds (Édité le 12-03-2014).]

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