Observation Astronomique et Cosmologique

[Severus Sereg]

Salutations à tous, je m'excuse par avance si cette question à déjà été posée mais je n'en trouve pas trace avec le systeme de recherche du forum.
J'ai récemment lu un ancien Science et Vie, le Hors-Serie de Mars 2008 sur l'Univers. Et j'ai une multitude de questions qui se posent.
Tout d'abord je n'arrive pas vraiment à lier espace et temps en une même entité.
Enfin, je suppose que c'est avant tout une question de référentiel: dans l'espace les distances sont d'un ordre de grandeur suffisant pour lier espace et temps. Mais sur Terre les distances sont trop faibles pour les lier et le temps ne peut plus être lier à l'espace car on peut considérer que les photons se déplacent de manière quasi-instantanée sur Terre.

Ensuite, si dans l'espace quand on observe loin on observe dans le passé, comment fond les cosmologues pour observer un même élément à plusieurs époques différentes ? Car si on considère l'éloignement d'un élément par rapport à la Terre comme minime par rapport à notre échelle temporelle (Si on observe la même galaxie à 2 jours d'intervalle on ne pourra pas en déduire qu'elle s'éloigne etc.) ? Peut on arrêter la lumière pour faire des genres de tranches/strates équivalentes à une période ? Mais dans ce cas, on aurait une limite puisque la lumière émise à une certaine époque limite nous aurait dépassée.

Ce qui m'amène notamment à la manière dont on peut capter ce fameux rayonnement fossile si il a eu lieu il y a si longtemps, ne devrait-il pas avoir été diffusés et donc inobservable ou nous avoir dépassé ? Ou encore pour mesurer l'éloignement de deux galaxies par rapport à la Terre et en déduire celle qui va le plus vite etc.

Et pour finir, pourquoi la "cartographie" de l'Univers à telle cette forme de trou de serrure ? Le disque de l'Univers visible je le comprends, c'est la limite observable de l'univers avec nos moyens (soit 12 milliards d'années si je ne me trompe pas)
mais le prolongement ? Pourquoi n'est-il pas semblable aussi à une sphère, la Terre étant sphérique on devrait pouvoir observer dans tous les sens non ?

Désolé si ma question ne parait pas claire, je n'ai que de maigres connaissances (celles du lycée) et je ne veut pas attendre l'année prochaine et ma licence pour comprendre mon livre. xD

En vous remerciant par avance de vos réponses.

[MIMATA]

OK...il attaque fort !

Bon, d'abord, pour la bonne lisibilité du forum, pourras-tu à l'avenir poser une question par sujet ou au moins regrouper les questions traitant d'un même thème dans un même sujet, ce sera beaucoup plus simple pour répondre et plus simple à comprendre pour tout le monde. Ceci dit, c'est pas grave pour cette fois, on va s'en sortir.

Tout d'abord je n'arrive pas vraiment à lier espace et temps en une même entité.
Enfin, je suppose que c'est avant tout une question de référentiel: dans l'espace les distances sont d'un ordre de grandeur suffisant pour lier espace et temps. Mais sur Terre les distances sont trop faibles pour les lier et le temps ne peut plus être lier à l'espace car on peut considérer que les photons se déplacent de manière quasi-instantanée sur Terre.

Attention, ce n'est pas parce que nous ne pouvons pas percevoir un phénomène qu'il faut l'ignorer. Ce n'est pas parce que tu as l'impression que c'est instantané que ça l'est. D'ailleurs on constate tous les jours ce décalage : au téléphone, à la TV ou simplement en regardant la Lune ou le Soleil. dans tous ces cas, on constate un décalage qui correspond au temps nécessaire à l'information pour nous parvenir. Tu admets toi même que c'est ok dans l'espace alors pourquoi pas sur Terre.
L'exemple du feu d'artifice est caractéristique.
Tu entends le pétard exploser après l'avoir vu exploser, de même, tu vois le pétard exploser après qu'il ait réellement explosé et plus tu est loin, plus la différence est sensible. A 3000 km de distance, tu constaterais déjà un décalage d'1/100[puissance]e[/puissance] de seconde.
Pour ce qui est de lier l'espace et le temps en une même entité, aucun des deux n'est palpable, ils n'ont pas de consistance, ce sont des notions que nous avons développer mais en réalité ils n'existent pas.
Ce que l'on appelle distance implique d'avoir un référent, même 2 en fait.
Ce que l'on appelle temps est une fréquence vibratoire et définit un intervalle entre deux instants.
Einstein à montré que le temps comme l'espace sont en fait deux faces d'un même phénomène et que ce phénomène peut ne pas être constant, il peut varier. Il y a des vidéos sur Einstein et la relativité sur le forum et dans le site, regarde les.

Ensuite, si dans l'espace quand on observe loin on observe dans le passé, comment font les cosmologues pour observer un même élément à plusieurs époques différentes ?

Nous n'observons pas les même objets, nous observons des objets comparables à divers stades de leur existence. C'est comme en géologie ou en paléontologie. Pour savoir et comparer des roches ou des animaux disparus, on compare plusieurs fois les mêmes types de roches ou les ossements de plusieurs animaux d'une même espèce pour établir une chronologie, pas besoin de suivre ça en temps réel.
En astronomie, le décalage temporel du à la distance nous y aide. Par exemple, quand on observe le cycle de vie d'une étoile comme le Soleil, on va pas attendre 10 milliards d'années pour faire une étude complète... on observe des étoiles du même type que le Soleil mais à des distances différentes ou à des périodes différentes de leurs "vie".
Pareil pour les galaxies, on sait qu'elle se sont toutes formées plus ou moins au même moment, on observe donc à différentes distances pour savoir comment elles ont évoluées.
En compilant les résultats, c'est comme si on avait observé le même objet mais en réalité on a observé plein d'objets similaires à différentes périodes. On peut donc faire une étude comparative sur des périodes très très longues en très peu de temps finalement.

Car si on considère l'éloignement d'un élément par rapport à la Terre comme minime par rapport à notre échelle temporelle (Si on observe la même galaxie à 2 jours d'intervalle on ne pourra pas en déduire qu'elle s'éloigne etc.) ? Peut on arrêter la lumière pour faire des genres de tranches/strates équivalentes à une période ? Mais dans ce cas, on aurait une limite puisque la lumière émise à une certaine époque limite nous aurait dépassée.

Hein ?! Bon, je pense que ce que je viens de dire s'applique aussi à ce que tu viens de dire...

Ce qui m'amène notamment à la manière dont on peut capter ce fameux rayonnement fossile si il a eu lieu il y a si longtemps, ne devrait-il pas avoir été diffusés et donc inobservable ou nous avoir dépassé ? Ou encore pour mesurer l'éloignement de deux galaxies par rapport à la Terre et en déduire celle qui va le plus vite etc.

En effet mais ce rayonnement fossile est une sorte de bruit de fond. C'est une forme de lumière, une onde électromagnétique mais plutôt comparable à la chaleur qu'à la lumière visible. En fait, c'est le reste de chaleur qui a été émis lors du Big Bang et dont il reste encore une faible température résiduelle, l'Univers ne s'est pas encore complètement refroidi d'où aussi son autre nom de rayonnement 3K (pour 3 Kelvin en référence à la température résiduelle mesurée)

Et pour finir, pourquoi la "cartographie" de l'Univers à telle cette forme de trou de serrure ? Le disque de l'Univers visible je le comprends, c'est la limite observable de l'univers avec nos moyens (soit 12 milliards d'années si je ne me trompe pas) mais le prolongement ? Pourquoi n'est-il pas semblable aussi à une sphère, la Terre étant sphérique on devrait pouvoir observer dans tous les sens non ?

Tu aurais une image de ce dont tu parles ? Mais je crois que je sais de quoi tu parles, en fait, il faut savoir que faire une cartographie complète de la voute céleste n'est pas si simple. Quand on fait une cartographie avec un instrument sur Terre, l'observatoire qui sert à faire cette observation est fixe à la surface de la Terre or tu sais qu'on ne peut pas voir toute la voute céleste depuis un seul endroit donc toute la voute n'est pas couverte.
Ensuite, pour faire un rendu en deux dimensions (une image...), il faut faire une projection de ce que l'on observe en 3D, il y a une déformation.
J'ai trouvé cette image :

C'est en fait une image virtuelle dont voici l'explication donnée par le site du CNRS d'où cette image est tirée.

Cette image en forme de trou de serrure (à droite) est une représentation virtuelle de notre Univers. Comme la vitesse de la lumière est finie, les régions les plus éloignées de nous apparaissent telles qu'elles étaient dans le passé. Notre observateur virtuel se trouve au centre de la sphère: plus on s'éloigne de lui, plus on remonte dans le temps. Le bas de la serrure correspond à un Univers très jeune, âgé d'à peine 1 milliard d'années. A gauche, exemple de la répartition de la matière dans un "cube" d'Univers. Les couleurs représentent la densité de matière (codée en intensité croissante du noir au blanc). Les concentrations denses maquent les régions ou se regroupent les galaxies, reliées par de longs filaments. (Droits: R.Teyssier/CEA)

Il semble donc que ce soit simplement un choix de présentation...

Je suis mort...je fais une pause

[Severus Sereg]

Merci beaucoup MIMATA, toutes tes réponses sont très claires et compréhensibles contrairement à celles d'autres forums où la personne n'avait pas compris ma question et m'avais sorti un baragouinage compliqué sans rapport... (celle sur l'observation).

Je précise tout d'abord que j'étais conscient du décalage de perception d'un événement sur Terre du à la célérité, j'ai donc dit: quasi-instantanée.
J'ai vu qu'il y avait pas mal de vidéos sur le forum, donc celle de la relativité générale, mais ayant des problèmes de FAI je ne peux les regarder, mais dès que je peux je le ferais, ça répondra a pas mal de questions également.

Tout cela est désormais beaucoup plus clair pour moi, notamment pour l'observation cosmologique qui me filait une grosse migraine, ainsi on observe simplement différents objets similaires. Mais reste simplement la question pour les galaxies qui s'éloignent.
Voici l'image extraite du science et vie à l'origine de ma question:
ICI

Ce qui m'amène à préciser ma question, j'ai bien compris que plus une galaxie est lointaine plus elle émet dans le rouge, mais comment en déduire la vitesse d'éloignement de la galaxie de droite et de gauche ? Et donc que en 1,5 Milliard d'années la galaxie de droite s'est plus éloignée ? Puisqu'il n'y a rien d'autre pour comparer et qu'on parle du même objet à différents instants, je ne sais pas si ma question est bien claire... ^^'

Tu as bien compris ce dont je parlais, en effet. ^^ Donc en fait, la partie basse de la serrure représente la part d'univers primordial de la simulation du projet Horizon, si j'ai bien compris.

Merci encore pour toutes tes réponses, désolé d'avoir centralisé mes questions, je craignais de saturer le forum. ^^'
En tout cas ce forum me plait bien et je compte bien y participer pas mal et apporter moi aussi mes connaissances au fur et à mesure que j'en aurais, grâce à la Fac notamment.

[MIMATA]

La question de la mesure de la vitesse de déplacement des galaxies est définie par l'analyse spectrale et notamment par la mesure du décalage des raies spectrales vers le rouge et non par une émission plus importante dans le rouge.
En fait, le spectre lumineux est le même sauf que les raies d'absorption qui correspondent aux éléments chimiques présents "dans la lumière" (soit dans la source, soit sur son chemin) ne sont pas au même endroit, plus l'objet est éloigné, plus elles se décalent vers le rouge.
Donc on mesure la distance d'un objet en mesurant son décalage spectral.

Ceci dit, ce qui est dit dans le schéma est mal exprimé.
En fait, ce n'est pas que la galaxie lointaine émet plus dans le rouge, c'est que nous recevons principalement de la lumière rouge... Prenons un cas plus familier pour comprendre.
En fait, c'est comme pour le Soleil. La lumière du Soleil est en permanence la même : blanche, c'est à dire composée de toutes les longueurs d'ondes. Pourtant, le matin et le soir, nous voyons sa lumière plus rouge...pourquoi ? A cause de l'absorption des longueurs d'ondes du bleu par les poussières en suspension dans l'atmosphère. En fait, le rouge passe mieux !
C'est pareil avec les galaxies lointaines, le rouge passe plus facilement les poussières et gaz traversés sur la route jusqu'à la Terre.

Pour la vitesse de déplacement, en fait, il faut distinguer plusieurs cas de figure.
D'abord les galaxies proches. Là on utilise l'effet Dopler (le même que celui d'un son qui se rapproche ou s'éloigne de nous). En faisant des mesures précises à quelques années d'écart, on peut précisément définir la vitesse et la direction de déplacement des galaxies.
A très grande distance, la vitesse et la direction de déplacement relative des galaxies deviennent négligeables à cause de l'expansion de l'Univers, cette force qui dilate l'espace. L'espace entre les galaxies semble grandir ce qui rend absurde le calcul de la vitesse de déplacement car s'est en fait l'espace qui se déforme.

[Severus Sereg]

Merci pour ton explication.
Donc si j'ai bien compris l'effet Doppler, si un corps céleste émettant de la lumière s'éloigne la fréquence de la lumière qu'il émet (donc sa couleur) va varier suivant la distance qui le sépare du point d'observation. Donc comme tu dis si, d'une année à l'autre, on prend différentes mesures des spectres d'émission et qu'on les compare on pourra en déduire la vitesse d'éloignement du corps céleste.
Je suppose que c'est avec cet effet qu'on calcule la distance entre un corps céleste et le point d'observation, et qu'il suffit donc d'utiliser la formule V = D / ΔT
Avec ΔT l'intervalle d'observation, étant donné qu'on travaille sur de grandes distances on peut considérer un faible intervalle de temps et on aura donc une vitesse moyenne sur cet intervalle.C'est bien cela ?

[MIMATA]

Oui, c'est presque ça. La fréquence va varier en fonction de son mouvement, s'il se rapproche de nous, la fréquence va diminuer, s'il s'éloigne, elle va augmenter.
Pour les calculs, je te revoie à la page de Wikipédia consacrée à l'effet Doppler

Astronomie

L'effet Doppler est particulièrement précieux en astronomie car il renseigne à la fois sur le mouvement des astres et sur les mouvements de matière à l'intérieur de ces astres.

L'effet Doppler permet de déterminer directement la vitesse radiale d'une étoile. En effet en étudiant le spectre d'un astre, on constate que les raies spectrales sont décalées en longueur d'onde par rapport aux mêmes raies observées en laboratoire. Le décalage d'une raie visible se produit soit vers le rouge, ce qui indique que l'étoile s'éloigne, soit vers le bleu, si elle se rapproche.

La mesure de la vitesse des étoiles ou des nuages de gaz interstellaire a permis de préciser les mouvements de matière à l'intérieur de la Voie lactée et d'en déterminer la structure spirale.

L'effet Doppler explique pourquoi les raies observées présentent une largeur en longueur d'onde supérieure à la largeur naturelle. En effet, par suite de l'agitation thermique, une moitié des atomes émettant la lumière se déplace vers l'observateur, avec une diminution correspondante de la longueur d'onde et l'autre moitié s'en éloigne, avec une augmentation de la longueur d'onde. La largeur caractéristique d'une raie λ 0 est mesurée par une quantité appelée largeur Doppler directement proportionnelle à la vitesse moyenne d'agitation thermique et donnée par la formule

Δ λ D = (λ 0/c) \√2kT/m

où k est la constante de Boltzmann et m la masse des atomes considérés. La largeur d'une raie est donc une indication de la température de l'étoile observée. L'agitation thermique n'est pas la seule cause d'élargissement : des mouvements turbulents sont présents dans tous les milieux astrophysiques et contribuent à déformer et élargir les raies.

Bon désolé mais ça foire un peu pour la formule.
En tout cas, sache que tu peux utiliser toutes les lettres grecques enmettant math: devant le nom de la lettre grecque (ou mathm pour les majuscules) voulu ex : Α et α