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  • Toutes vos questions sur l'Univers
Toutes vos questions sur l'Univers
 #37125    par Tutiou
 samedi 31 octobre 2015 à 22:21
Bonsoir à tous, ou bonjour si vous lisez ce message le jour.

Depuis notre belle Terre, nous ne pouvons observer que notre Univers observable, c'est-à-dire une sphère de 13,6 années lumières de rayon environ.

Plus l'on s'éloigne de la Terre pour rejoindre la limite de notre Univers observable, moins nous verrons de galaxies etc. En effet, c'est comme un voyage dans le temps, c'est bien connu. A un moment, nous tomberont sur un mur.

J'aimerais retracer ce qu'il y a dernière ce mur. C'est assez vague pour moi, et il y a certains termes que je ne saisis pas trop bien.

Bref, j'arrive à ce mur, cette surface de dernière diffusion. Derrière lui, l'Univers est... opaque ? La température y est tellement élevée que les électrons ne sont pas encore associés aux protons, et vont dans tous les sens, ce qui empêche la lumière de circuler tranquillement (d'où l'opacité de l'Univers).

Cet Univers opaque aurait une taille de 380.000 années lumières. Je n'en suis pas trop sûr, je sais que ce nombre intervient dans ces eaux-là. Plus on veut atteindre la limite de cet Univers, plus la température augmente.

Arrivé "au bord", on est confronté à un second mur, infranchissable cette fois-ci : le mur de Planck. Derrière, l'espace-temps n'existe pas.

Bref, c'est un résumé "vulgaire" (j'ai conscience que l'Univers de 380.000 années lumières n'est pas un Univers, mais je ne sais pas comment l'appeler autrement). Cependant, mes idées ne sont pas très claires.
Il y a les termes de Big Bang, inflation, ère de Planck, fond diffus cosmologique et rayonnement fossile que j'aimerais bien voir dans mon raisonnement mais je ne sais pas où les placer.

Le Big Bang, c'est la naissance de l'espace-temps, je le placerais donc après le mur de Planck (à un temps de Planck ?).

L'ère de Planck a un rapport avec le mur de Planck. L'inflation, c'est une période théorique très très courte de 10^-35s environ qui a multiplié par un facteur considérable la taille de notre Univers et qui devrait se produire juste après le Big Bang je crois.

Le rayonnement fossile n'est-il pas les premiers rayonnements émis dans notre Univers (380.000 ans après le Big Bang) ? A-t-il un rapport avec les ondes gravitationnelles ? (je crois même que c'est un type d'ondes gravitationnelles)

Enfin, le fond diffus cosmologique. Qu'est-ce que c'est ? Il est possible que j'inverse les notions de rayonnement fossile et ondes gravitationnelles. L'une des deux n'est-elle pas la température ambiante de notre Univers ? (qui conduit par la suite à la théorie de l'inflation)

Merci beaucoup à ceux qui apporteraient des précisions à mon modèle plutôt "grossier" :)
 #37136    par bongo
 dimanche 1 novembre 2015 à 10:22
Tuiou a écrit :Depuis notre belle Terre, nous ne pouvons observer que notre Univers observable, c'est-à-dire une sphère de 13,6 années lumières de rayon environ.
Selon le dernières données de Planck, peut-être 13.8
Cependant, ce n'est pas aussi simple que cela. On va dire que la lumière a voyagé 13.8 milliards d'années, mais ces points sont aujourd'hui à environ 45 milliards d'années lumière.
Tuiou a écrit :Plus l'on s'éloigne de la Terre pour rejoindre la limite de notre Univers observable, moins nous verrons de galaxies etc. En effet, c'est comme un voyage dans le temps, c'est bien connu. A un moment, nous tomberont sur un mur.
Euh... non, plus nous nous éloignons de la terre, et... nous verrons plus ou moins la même chose, c'est-à-dire qu'un extraterrestre situé à 12 milliards d'années lumière de nous verrait exactement la même chose : un fond diffus cosmologique à 13.8 milliards d'années lumière.

En fait ce que tu dis serait valable mais pas pour un voyage physique.
Tuiou a écrit :Bref, j'arrive à ce mur, cette surface de dernière diffusion. Derrière lui, l'Univers est... opaque ? La température y est tellement élevée que les électrons ne sont pas encore associés aux protons, et vont dans tous les sens, ce qui empêche la lumière de circuler tranquillement (d'où l'opacité de l'Univers).
Oui ceci est valable en restant chez nous, plus on observe loin, plus c'est ancien, donc plus c'est chaud, et donc à une certaine distance (ce qui veut dire à partir d'une certaine température), l'univers était un plasma, d'où son opacité.
Tuiou a écrit :Cet Univers opaque aurait une taille de 380.000 années lumières. Je n'en suis pas trop sûr, je sais que ce nombre intervient dans ces eaux-là. Plus on veut atteindre la limite de cet Univers, plus la température augmente.
Oui et non. Entre l'événement qui a déclenché l'expansion, et le moment où l'univers est devenu assez froid pour devenir transparent, il s'est écoulé 380 000 ans. L'événement correspondant à 380 000 ans après le Big Bang correspond à l'ère de la recombinaison. Avant cela, tu as plusieurs ères (hadrons etc...)
Tuiou a écrit :Arrivé "au bord", on est confronté à un second mur, infranchissable cette fois-ci : le mur de Planck. Derrière, l'espace-temps n'existe pas.
En fait on pourrait penser que l'on n'aura jamais d'information de l'univers plus jeune que 380 000 ans, mais cela est faux. En effet, on a des informations indirectes qui ont laissé des reliques sur le fond de rayonnement cosmologique.
On pourrait accéder directement à des informations un peu plus anciennes, via le rayonnement des neutrinos cosmologiques (qui est un tout petit peu plus froid, donc plus ancien que le fond de rayonnement cosmologique).
Encore plus ancien seraient le fond de rayonnement fossile des ondes gravitationnelles (théoriquement on serait autour du mur de Planck).
Tuiou a écrit :Le Big Bang, c'est la naissance de l'espace-temps, je le placerais donc après le mur de Planck (à un temps de Planck ?).
Selon la théorie du Big Bang, c'est-à-dire le modèle cosmologique standard, c'est oui.
Cependant l'on sait que ce n'est pas la théorie qui aura le dernier mot, et la plupart des théories étendant le modèle standard prédisent un univers en contraction avant de passer à un univers en expansion. Ces théories sont encore très spéculatives (cordes, boucles).
Tuiou a écrit :L'ère de Planck a un rapport avec le mur de Planck. L'inflation, c'est une période théorique très très courte de 10^-35s environ qui a multiplié par un facteur considérable la taille de notre Univers et qui devrait se produire juste après le Big Bang je crois.
oui
Tuiou a écrit :Le rayonnement fossile n'est-il pas les premiers rayonnements émis dans notre Univers (380.000 ans après le Big Bang) ? A-t-il un rapport avec les ondes gravitationnelles ? (je crois même que c'est un type d'ondes gravitationnelles)
Non, le rayonnement fossile est un rayonnement électromagnétique, ce sont en fait des micro-ondes, le pic est autour de 1 mm ce qui correspond à une température de 2.7 Kelvin.
Tuiou a écrit :Enfin, le fond diffus cosmologique. Qu'est-ce que c'est ? Il est possible que j'inverse les notions de rayonnement fossile et ondes gravitationnelles. L'une des deux n'est-elle pas la température ambiante de notre Univers ? (qui conduit par la suite à la théorie de l'inflation)
Cette image serait peut-être un peu plus parlante :

Image
 #37144    par Tutiou
 dimanche 1 novembre 2015 à 19:20
bongo
Selon le dernières données de Planck, peut-être 13.8
Cependant, ce n'est pas aussi simple que cela. On va dire que la lumière a voyagé 13.8 milliards d'années, mais ces points sont aujourd'hui à environ 45 milliards d'années lumière.

Okay. Oui c'est vrai, je vois de quoi tu parles mais ça ne m'est pas venu en tête de l'énoncer.

bongo
Euh... non, plus nous nous éloignons de la terre, et... nous verrons plus ou moins la même chose, c'est-à-dire qu'un extraterrestre situé à 12 milliards d'années lumière de nous verrait exactement la même chose : un fond diffus cosmologique à 13.8 milliards d'années lumière.

En fait ce que tu dis serait valable mais pas pour un voyage physique.

J'ai oublié en effet de préciser que c'était un voyage "virtuel" !

bongo
Tuiou a écrit :Cet Univers opaque aurait une taille de 380.000 années lumières. Je n'en suis pas trop sûr, je sais que ce nombre intervient dans ces eaux-là. Plus on veut atteindre la limite de cet Univers, plus la température augmente.
Oui et non. Entre l'événement qui a déclenché l'expansion, et le moment où l'univers est devenu assez froid pour devenir transparent, il s'est écoulé 380 000 ans. L'événement correspondant à 380 000 ans après le Big Bang correspond à l'ère de la recombinaison. Avant cela, tu as plusieurs ères (hadrons etc...)

Super, merci des précisions ! Du coup, j'ai quelques questions. L'ère de recombinaison est donc ce à quoi je pensais et marque le début de l'expansion et s'étend jusqu'à la surface de dernière diffusion. C'est elle qui l'a déclenché ? Aussi, je n'ai jamais entendu parler des autres ères, je vais me renseigner dessus (je suis en train de lire un petit livre sur la matière et le prochain chapitre porte justement sur les hadrons).

bongo
Tuiou a écrit :Arrivé "au bord", on est confronté à un second mur, infranchissable cette fois-ci : le mur de Planck. Derrière, l'espace-temps n'existe pas.
En fait on pourrait penser que l'on n'aura jamais d'information de l'univers plus jeune que 380 000 ans, mais cela est faux. En effet, on a des informations indirectes qui ont laissé des reliques sur le fond de rayonnement cosmologique.
On pourrait accéder directement à des informations un peu plus anciennes, via le rayonnement des neutrinos cosmologiques (qui est un tout petit peu plus froid, donc plus ancien que le fond de rayonnement cosmologique).
Encore plus ancien seraient le fond de rayonnement fossile des ondes gravitationnelles (théoriquement on serait autour du mur de Planck).

Quand tu dis "plus jeune que 380.000 ans, c'est-à-dire juste après la surface de dernière diffusion ?
Le fond de rayonnement cosmologique est le fond diffus cosmologique ?
Plus vieux que ça, il y aurait le rayonnement des neutrinos cosmologiques (dont le nom explique bien la définition je suppose).
Encore plus vieux, le fond de rayonnement fossile des ondes gravitationnelles. C'est ce dont tu me parles vers la fin de ton message, le rayonnement électromagnétique ? Ce seraient donc parmi les toutes premières ondes émises dans l'Univers, c'est ça ?

bongo
Non, le rayonnement fossile est un rayonnement électromagnétique, ce sont en fait des micro-ondes, le pic est autour de 1 mm ce qui correspond à une température de 2.7 Kelvin.

D'accord ! Et il est donc émis 380.000 ans après le Big Bang, d'après le schéma.

Au final mes questions concernent les ondes/rayonnements dont tu as parlés (ou moi) :
- fond de rayonnement cosmologique
- rayonnement des neutrinos cosmologiques : c'est les premières émissions de neutrinos
- fond de rayonnement fossile des ondes gravitationnelles : parmi les premiers rayonnements émis dans l'Univers
- rayonnement fossile : rayonnement électromagnétique dans les micro-ondes de pic environ 1mm et correspondant à une température de 2,7K.
- fond diffus cosmologique

Il doit y avoir des synonymes dans ce que je viens de lister.
 #37152    par bongo
 lundi 2 novembre 2015 à 12:56
Tutiou a écrit :Super, merci des précisions ! Du coup, j'ai quelques questions. L'ère de recombinaison est donc ce à quoi je pensais et marque le début de l'expansion et s'étend jusqu'à la surface de dernière diffusion. C'est elle qui l'a déclenché ?
Non pas du tout... L'expansion a commencé bien avant l'ère de la recombinaison. Etant donné que l'univers primordial était bien plus chaud, il a fallu attendre que la température chute en dessus de quelque chose comme 3000 Kelvin pour que les électrons puissent se recombiner avec les protons. Avant, l'univers était plus chaud, et les photons avaient assez d'énergie pour ioniser les atomes formés.

Sur cette partie je te conseille de lire Steven Weinberg "Les 3 premières minute".
Tutiou a écrit :Quand tu dis "plus jeune que 380.000 ans, c'est-à-dire juste après la surface de dernière diffusion ?
Le fond de rayonnement cosmologique est le fond diffus cosmologique ?
Juste derrière oui, sauf que ce n'est pas tout à fait ce à quoi tu penses, ce n'est pas un mur sans épaisseur, mais avec une épaisseur de quelques milliers d'années-lumière.

En fait on parle de fond de rayonnement fossile, sans préciser que c'est un rayonnement électromagnétique, ou fond diffus cosmologique (FDC), ou Cosmologic Microwave Background (CMB).
Tutiou a écrit :Plus vieux que ça, il y aurait le rayonnement des neutrinos cosmologiques (dont le nom explique bien la définition je suppose).
Encore plus vieux, le fond de rayonnement fossile des ondes gravitationnelles. C'est ce dont tu me parles vers la fin de ton message, le rayonnement électromagnétique ? Ce seraient donc parmi les toutes premières ondes émises dans l'Univers, c'est ça ?
Non, le rayonnement gravitationnelle, n'est pas électromagnétique, ce sont des ondes de propagation des rides de l'espace-temps. Pour le moment on ne les a pas encore détectées directement.

Un très bon livre sur le sujet est celui de Kip Thorne : "Trous noirs et distorsions du temps". C'est d'ailleurs le conseiller scientifique du film Interstellar (et il y a même un robot qui porte son nom "KIPP").

Tutiou a écrit :Au final mes questions concernent les ondes/rayonnements dont tu as parlés (ou moi) :
- fond de rayonnement cosmologique
En fait le terme consacré c'est le fond diffus cosmologique, ou le rayonnement fossile, à 2.728 K.
Il faut comprendre qu'avant 380 000 ans, les photons avaient suffisamment d'énergie (13.6 eV) pour arracher les électrons des atomes d'hydrogène. A chaque collision d'un photon sur un atome d'hydrogène, celui-ci était absorbé et l'atome d'hydrogène était ionisé en électron et proton.

Après cette période, les photons n'avaient plus assez d'énergie pour ioniser les atomes, et donc l'univers est devenu transparent.
Tutiou a écrit :- rayonnement des neutrinos cosmologiques : c'est les premières émissions de neutrinos
Ce rayonnement est théorique pour le moment, on n'a pas encore réussi à le détecter, les neutrinos posent plusieurs défis technologiques.
Ils correspondent à la fin de l'ère électrofaible, lorsque l'interaction faible s'est découplée de l'interaction électromagnétique, de ce fait, les neutrinos n'ont pu échanger d'énergie avec la matière (la matière se refroidit moins vite que le rayonnement).
Tutiou a écrit :- fond de rayonnement fossile des ondes gravitationnelles : parmi les premiers rayonnements émis dans l'Univers
Ces ondes seraient les plus anciennes oui, probablement émises lorsque la gravitation s'est séparée des 3 autres forces.
Tutiou a écrit :- rayonnement fossile : rayonnement électromagnétique dans les micro-ondes de pic environ 1mm et correspondant à une température de 2,7K.
- fond diffus cosmologique
Ces deux là sont synonymes au premier.
 #37164    par Tutiou
 lundi 2 novembre 2015 à 20:31
Super, merci beaucoup des précisions et des références, c'est ce que je cherchais !

Je vais voir pour "Les trois premières minutes de l'Univers". Concernant "Trous noirs et distorsions du temps", je l'ai et je le commencerai dans quelques jours !

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