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 vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.

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MessageSujet: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Mer 25 Mai - 18:36

Bonjour, mon post correspond peut-etre mieux au sujet " Etoiles".

J'ai une question qui me turlupine l'esprit depuis longtemps et serais très reconnaissant si vous pouviez m'éclaircir.
Il s'agit de la vitesse de la lumière dans l'univers qui s'étend.

Si une étoile est située à 5Milliards d'années lumière de nous, combien de temps mettra la lumière pour nous atteindre?

5 Milliards d'années?

Ou bien, du à l'étirement de l'univers, disons... 6 Milliards d'années?

En particulier, si j'ai raison de penser 6 milliards, cela signifie-t-il que pour les étoiles que nous voyons très loin de nous, le déroulement des événements est ralenti? Par exemple, une étoile qui deviendrait bleue pendant 10 secondes à 10 années lumière, nous la verrions bleue pendant 10 secondes, alors que la meme étoile à 5 milliards d'années lumière, nous la verrions bleue pendant disons 12 secondes?

Merci de votre réponse!
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Naos
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Jeu 26 Mai - 0:17

Bonsoir,

Il est déjà plaisant de voir des amateurs enthousiastes se poser des questions et tenter d'y répondre par eux-mêmes en faisant usage de leurs connaissances acquises et de leur bon sens, mais c'est évidemment encore mieux de constater que leurs conclusions tiennent la route.

Concernant la première partie de la question, c'est effectivement comme cela que ça se passe. On imagine une source émettre un flash lumineux alors qu'elle se situe à X milliards d'années-lumière de nous. Le temps de trajet de la lumière jusqu'à nous ne dure X milliards d'années que si l'on néglige l'expansion de l'Univers. Mais si l'on prend ce phénomène en compte, sur la durée que prend la lumière du flash pour nous parvenir, le trajet s'est allongé du fait de l'expansion cosmique, et au moment où nous recevons la lumière de la source, cette dernière se situe non plus à X mais à Y milliards d'années-lumière, avec Y plus grand que X si l'Univers s'étend (et Y plus petit que X si l'Univers se contracte, ce qui est théoriquement envisageable mais ne correspond pas à la réalité observée).

La durée du trajet se situe à une valeur intermédiaire entre X et Y milliards d'années, qui dépend du taux d'expansion de l'Univers. Plutôt bas (expansion plutôt lente), le temps de trajet se rapprochera de X (pour valoir exactement X si l'expansion s'annule) ; plutôt élevé (expansion plutôt rapide), le temps de trajet se rapprochera de l'autre valeur-limite, c'est-à-dire Y.

Pour la seconde partie de la question maintenant, ce qui est décrit est possible et correct, mais pas aux échelles qui servent d'exemple dans l'explication. Une étoile qui brille en bleu pendant dix secondes émet dans notre direction un "train" de lumière bleue long de dix secondes-lumière. Une extrémité - l'avant - de ce train est émise au moment où l'étoile devient bleue tandis que l'autre - l'arrière - est émise à l'instant où elle reprend sa couleur normale. À cette échelle, l'expansion de l'Univers n'agit pas du tout. En effet, dix secondes-lumière équivalent à moins de trois millions de kilomètres. Autrement dit, le "train" de lumière bleue mesurera toujours dix secondes-lumière de long, et même si le temps de son trajet jusqu'à nous peut s'allonger à cause du phénomène décrit précédemment par l'exemple d'un flash, il n'en sera pas lui-même affecté.

En exagérant la longueur de ce "train" de lumière jusqu'à atteindre une échelle où l'expansion de l'Univers se manifeste, alors la durée correspondante à l'émission de ce "train" de lumière semblera artificiellement allongée. Une étoile comme le Soleil brille en jaune pendant la majeure partie de son existence, en devenant rouge pour le dernier milliard d'années. Pour une étoile semblable au Soleil mais très lointaine, on peut donc imaginer avoir affaire à un "train" de lumière rouge long d'un milliard d'années-lumière, qui va subir les effets de l'expansion cosmique à cause de sa longueur. Il mesurera alors plus d'un milliard d'années-lumière à son arrivée. Et si un astronome commet l'imprudence de considérer que le "train" de lumière qu'il observe, long de 1+X milliard d'années-lumière, résulte d'une émission continue pendant 1+X milliard d'années, en négligeant l'expansion de l'Univers donc, alors il aura bien l'impression que la phase rouge de l'étoile observée a duré plus longtemps qu'en réalité.

C'est effectivement ce qui a été expliqué avec l'exemple des dix secondes qui en paraissent douze, mais avec une adaptation d'échelle pour rendre la chose un peu plus pertinente. Bref, d'après ce que je connais de la cosmologie, je ne vois pas de faille dans votre raisonnement.
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Jeu 26 Mai - 20:52

Bonjour, merci de votre réponse.

1) Donc, cela signifie en particulier que, à une certaine distance sans doute très importante mais bien calculée, si une étoile émet de la lumière vers nous, ces rayons lumineux seront toujours à la meme distance relative entre l'étoile et nous, jusqu'à l'éternité? Car ils n'arriveront pas à "vaincre" l'expansion de l'univers devant eux et à nous rejoindre?

De même, toute étoile plus lointaine que cette "sphère limite d'émission" - "horizon d'émission" émettra une lumière qui aura pour direction la notre, mais les rayons s'éloigneront néanmoins de nous car l'espace entre nous et ces étoiles s'agrandira plus vite que la vitesse de la lumière?

En d'autres termes cette sphère limite d'émission se situerait bien plus loin que 14 milliards d'années-lumière, étant donné que cette lumière nous est parvenue?

2) C'est un peu comme un "trou noir" - la lumière ne passe pas un certain "horizon spatio-temporel" ce qui fait que la lumière n'en sort jamais?

Est-ce pour cela qu'on dit parfois qu'il y a peut-être des univers cachés à l'intérieur des trous noirs?

Un trou noir serait un univers concave vu de notre point d'observation, notre univers serait un univers convexe vu de notre point d'observation?

Merci de vos réponses.
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Naos
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Jeu 26 Mai - 23:03

1) Oui. C'est l'origine du second horizon cosmologique : une distance à partir de laquelle l'expansion est tellement rapide qu'elle ne permet plus l'arrivée de la lumière émanant de sources placées derrière. Rien de ce qui se situe au-delà de cette distance n'est donc observable. L'origine du premier horizon cosmologique est liée à l'âge fini de l'Univers. L'Univers est en effet âgé d'un peu moins de quatorze milliards d'années : ceci implique que tout rayon lumineux n'a pu se déplacer que pendant moins de quatorze milliards d'années, ce qui limite la longueur des trajets qu'il est possible d'accomplir. La lumière de sources très lointaines ne nous est ainsi pas encore parvenue, cette lumière devant mettre pour effectuer ce trajet jusqu'à nous une durée supérieure à l'âge de l'Univers. Encore une fois, ces sources ne sont pas observables. Théoriquement, rien n'oblige les deux horizons à coïncider, et l'on a probablement affaire à deux limites bien séparées. L'expansion de l'Univers est apparemment assez lente pour que le premier horizon ("temporel") soit plus proche de nous que le second ("cinétique").

2) L'existence d'un horizon autour d'un trou noir s'explique par la gravitation. Cette limite posée sur la propagation de la lumière a donc une cause bien isolée par rapport aux horizons cosmologiques, et j'hésite à dresser ce rapprochement entre l'évolution de l'Univers et l'environnement proche des trous noirs.
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Jeu 26 Mai - 23:06

Merci!
Vous remarquerez que j'ai corrigé la phrase "les rayons sont toujours à la meme distance de nous" par "les rayons sont toujours à la meme distance relative entre l'étoile et nous", je pense que c'est plus juste ainsi...
Comme un élastique que l'on étire.
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Jeu 26 Mai - 23:13

Au fait, a-t-on une estimation de la distance de l'horizon cinétique?

Le premier (temporel) est situé à 14 milliards d'années-lumière et grandit avec le temps si j'ai bien compris, alors que le deuxième est fixe, alors on devrait être capable de dire grosso modo à combien de distance il se situe, en se basant sur les approximations de l'extension de l'univers (constante de Hubble etc)?

Merci.
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Ven 27 Mai - 13:38

L'horizon temporel s'étend effectivement à la vitesse de la lumière, et en négligeant tout biais pouvant provenir de l'expansion de l'Univers, il recule ainsi de 300 000 kilomètres par seconde.

Avec une constante de Hubble valant environ 70 kilomètres par seconde par mégaparsec, ce qui signifie qu'une distance d'un mégaparsec (un million de parsecs mesurant chacun 3,26 années-lumière) s'allonge chaque seconde de 70 kilomètres, alors l'horizon cinétique devrait se trouver à une distance telle que le mouvement d'expansion, rapporté à notre position, s'y déroule à raison de 300 000 kilomètres par seconde, la vitesse de la lumière dans le vide. Cette distance vaut approximativement 4300 mégaparsecs, ou entre 13,9 et 14 milliards d'années-lumière. L'horizon temporel est un peu plus proche : 13,7 milliards d'années-lumière.

La distance de l'horizon cinétique dépend bien entendu du taux d'expansion, c'est-à-dire de la constante de Hubble. Si l'expansion s'accélère, l'horizon rétrécit, et si l'expansion ralentit, il s'élargira.
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Ven 27 Mai - 19:02

Intéressant!


Du coup, ceci m'amène à une nouvelle question.

Je sais que pendant les premières années de l'univers il était opaque. Faisons l'hypothèse qu'il ne l'était pas pour simplifier; et que la constante de Hubble a toujours été la meme (donc horizon cinétique fixe au cours du temps).

Imaginons une étoile (ou un quasar) située à 13,7 milliards d'années-lumière de la Terre au moment du big bang (t=0) (si la Terre existait au big bang).
Donc, on voit sa lumière aujourd'hui, qui a mis 13,7 milliards d'années à nous parvenir (en négligeant l'expansion de l'univers).

Cette étoile était donc située en-decà de l'horizon cinétique situé à 13,9 milliards d'années-lumière.

Depuis, cette étoile se situerait à 45 milliards d'années lumière, dû à l'expansion de l'univers si j'ai bien compris les documentaires que j'ai vus.

Alors, ceci signifie que l'étoile a "traversé" l'horizon cinétique depuis.

Donc, on ne verra "bientôt" plus sa lumière.

Donc, ce que je veux dire par cet exemple, c'est que à cause de la combinaison de ces deux horizons , il serait en théorie possible d'observer des étoiles qui apparaissent pour nous "subitement" et disparaissent "subitement" après un temps relativement court par rapport à la durée de vie de l'étoile, le temps qu'aura mis l'étoile à atteindre l'horizon cinétique?
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Sam 28 Mai - 12:08

Tout à fait. Une source lumineuse peut avoir été amenée au-delà de l'horizon cinétique par l'expansion de l'Univers, tandis qu'une partie de sa lumière, émise auparavant, circule encore en-deçà de cet horizon, en conservant donc la possibilité de nous parvenir. Le temps passant, il arrivera un moment où le franchissement de l'horizon cinétique deviendra manifeste. C'est un peu comme si on obstruait d'un coup une haute chute d'eau : de l'eau continue à tomber alors qu'on a déjà interrompu le flux, et en bas, l'obstruction ne se remarque qu'après un certain délai, le temps que toute l'eau qui était déjà en train de tomber au moment précis de l'obstruction soit arrivé en bas.

L'effet inverse existe aussi dans le cas d'un ralentissement de l'expansion : l'horizon cinétique s'élargissant autour de nous, il englobera de nouvelles sources, qui ne s'y trouvaient pas avant, et dont nous pouvons alors voir apparaître "soudainement" la lumière.

Cependant, de tels passages de part et d'autre de l'horizon cinétique affectent grandement le signal lumineux, par effet Doppler-Fizeau (l'effet Doppler que l'on connaît pour les sirènes des ambulances, mais appliqué à la lumière). Pour faire bref, la lumière reçue d'une source qui s'éloigne semble avoir perdu de l'énergie, et la lumière reçue d'une source qui se rapproche semble en gagner. Une source située à proximité de l'horizon cinétique s'éloigne si vite qu'il en devient presque impossible de capter un signal. Techniquement, avec les instruments dont on dispose, ce n'est que progressivement que les sources qui apparaissent ou disparaissent suivant ce qui précède deviennent détectables.
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Sam 28 Mai - 21:52

D'accord! C'est quand même un drôle de hasard que l'horizon temporel soit presque confondu avec l'horizon cinétique.

Bon, en tout cas, merci beaucoup d'avoir éclairci tous ces points pour moi.

C'était source d'inquiétude pour moi depuis un moment.

Merci, et quand j'aurai d'autres questions de ce type je saurai où demander!

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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Ven 3 Juin - 18:21

En y réfléchissant, cela est préoccupant.

Car cela signifie en particulier que pour l'exploration de l'Espace, nous sommes limités dans son exploration.

Même en allant à la vitesse maximale possible dans l'Univers, il y a des zones (plus lointaines qu'une certaine sphère) qui ne nous seront jamais accessibles, dû à l'expansion de l'Univers.

A moins que l'Univers ne cesse de s'étendre, ce qui est peu vraisemblable.

D'autre part, il faudra faire extrêement attention, si jamais on décide d'explorer l'Univers, car si on dépasse une certaine distance, on ne pourra plus jamais rentrer vers notre bonne vielle maison!

Bon, tout ceci est moyennement vrai, car avant qu'on ait parcouru 13,9 milliards d'années-lumière, il y aura longtemps qu'on sera en train de manger les paquerettes par la racine. Mais quand même, on sait jamais, si l'Univers s'étendait plus vite encore, ou si notre durée de vie s'allongeait de beaucoup, et que nous puissions voyager à vitesse extrêmement haute.

En fait, il est faux de dire que l'Univers est une bulle car l'Espace est infini... Mais après tout, nous vivons bel et bien dans une bulle!
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Big Bang ou Big mac
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Dim 15 Avr - 2:44

non, c'est la que tu te trompe, contrairement à une idée très répandu, l'univers n'est pas infini ! à l'échelle humaine c'est sur que c'est grand mais il ne l'est pas.
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Andrei2010
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Mar 22 Mai - 19:44

@Big Bang ou Big mac a écrit:
non, c'est la que tu te trompe, contrairement à une idée très répandu, l'univers n'est pas infini !

Non, c'est là que tu te trompes : contrairement à ce que tu affirmes, on ne sait pas si l'univers est infini ou fini. Tout simplement, il n'y a pas moyen de le savoir au jour d'aujourd'hui.
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Big Bang ou Big mac
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Mar 22 Mai - 20:41

IL n'y a pas de moyen certain de le savoir. Mais après c'est pareil pour toute les théories physiques dans ce cas, mais aujourd'hui, les théories les plus sérieuses et celle utilisé comme référienciel, prédisent un univers fini.
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Andrei2010
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Mar 22 Mai - 21:15

Non, ce n'est pas pareil pour toutes les théories physiques. Pour certaines, on aura un jour des outils (théoriques ou matériels) permettant de les réfuter ou de les valider. Il y a l'exemple du LHC et du la quête du boson de Higgs... qu'on découvrira PEUT-ETRE cette année !
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Big Bang ou Big mac
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Mar 22 Mai - 21:46

@Andrei2010 a écrit:

Tout simplement, il n'y a pas moyen de le savoir au jour d'aujourd'hui.

Ce n'est pas un problème de savoir si oui ou non on pourra les prouvé dans le futur puisque l'on parle du présent (Cf: ton message si dessus )
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Andrei2010
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MessageSujet: Re: vitesse de la lumière dans l'espace qui s'étend.   Mer 23 Mai - 8:24

@Big Bang ou Big mac a écrit:
Ce n'est pas un problème de savoir si oui ou non on pourra les prouvé dans le futur puisque l'on parle du présent (Cf: ton message si dessus )

Ca, c'est de la réponse !
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