{"id":1118,"date":"2011-03-27T22:30:52","date_gmt":"2011-03-27T20:30:52","guid":{"rendered":"http:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=1118"},"modified":"2011-03-27T22:30:52","modified_gmt":"2011-03-27T20:30:52","slug":"il-y-a-bien-longtemps-dans-une-galaxie-lointaine-tres-lointaine","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2011\/03\/27\/il-y-a-bien-longtemps-dans-une-galaxie-lointaine-tres-lointaine\/","title":{"rendered":"Il y a bien longtemps, dans une galaxie lointaine, tr\u00e8s lointaine…"},"content":{"rendered":"

\"\"<\/a>Il y a quelques mois, une \u00e9quipe internationale a annonc\u00e9 la d\u00e9couverte de la plus lointaine galaxie jamais observ\u00e9e [1]. Ce travail se base sur l\u2019analyse de la lumi\u00e8re \u00e9mise par cette galaxie, et notamment ce que l\u2019on appelle le d\u00e9calage vers le rouge<\/strong>. Voyons ce qu’est ce d\u00e9calage et comment son intensit\u00e9 permet de quantifier le chemin parcouru par la lumi\u00e8re depuis son \u00e9mission par la galaxie.<\/p>\n

L\u2019expansion de l\u2019Univers<\/h3>\n

Le premier ingr\u00e9dient pour comprendre la mani\u00e8re dont on estime l’\u00e2ge et la distance des galaxies lointaines est l\u2019expansion de l\u2019Univers. La th\u00e9orie de la Relativit\u00e9 G\u00e9n\u00e9rale, mise au point par Einstein au d\u00e9but du XX\u00e8me si\u00e8cle, nous pr\u00e9dit que l\u2019espace peut se dilater au cours du temps<\/strong>.<\/p>\n

Cette dilatation a comme cons\u00e9quence que les galaxies s’\u00e9loignent les unes des autres, un peu comme si elles vivaient sur un tissu extensible sur lequel on tire progressivement.<\/p>\n

\"\"<\/a>A cause de l\u2019expansion de l\u2019Univers, si deux galaxies sont aujourd’hui \u00e9loign\u00e9es d’un milliard d’ann\u00e9es lumi\u00e8res, leur distance aura doubl\u00e9 dans 10 milliards d’ann\u00e9es<\/strong>.<\/p>\n

Le facteur d\u2019\u00e9chelle<\/h3>\n

Pour quantifier l\u2019\u00e9volution de l’\u00e9loignement des galaxies au cours du temps, on utilise une notion appel\u00e9e facteur d\u2019\u00e9chelle<\/strong>. On le note \\(a(t)\\) et il caract\u00e9rise le degr\u00e9 de dilatation de l’Univers \u00e0 l’instant t par rapport \u00e0 aujourd’hui. Si deux galaxies sont aujourd’hui \u00e0 une distance \\(d_0\\), alors \u00e0 l’instant \\(t\\), elles seront \u00e0 une distance<\/p>\n

\\(d(t) = a(t) d_0\\)<\/p>\n

On peut prendre \\(t>0\\) pour d\u00e9crire l’avenir o\u00f9 \\(t<0\\) pour d\u00e9crire le pass\u00e9.<\/p>\n

Il existe des \u00e9quations, d\u00e9riv\u00e9es des \u00e9quations d’Einstein, et qui d\u00e9crivent l\u2019\u00e9volution du facteur d\u2019\u00e9chelle en fonction de la quantit\u00e9 de mati\u00e8re contenue dans l\u2019Univers<\/strong>. Cela permet donc de retrouver sa valeur dans le pass\u00e9 ou de pr\u00e9dire celle dans le futur. Le graphe ci-dessous vous montre l\u2019\u00e9volution du facteur d\u2019\u00e9chelle par rapport au temps pr\u00e9sent t=0 selon le mod\u00e8le cosmologique actuellement en vigueur [2] . Le pass\u00e9 (t<0) est en bleu et le futur (t>0) en rouge.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

On y voit que dans environ 10 milliards d\u2019ann\u00e9es, toutes les distances se seront dilat\u00e9es d\u2019un facteur 2. En revanche il y a 10 milliards d\u2019ann\u00e9es, elles \u00e9taient environ 1\/3 de ce qu\u2019elles sont aujourd\u2019hui. Vous remarquerez que le facteur d\u2019\u00e9chelle s\u2019annule il y a 13.7 milliards d\u2019ann\u00e9es<\/strong>, ce qui signifie qu\u2019\u00e0 cette \u00e9poque toutes les distances \u00e9taient \u00e9taient tr\u00e8s tr\u00e8s contract\u00e9es et l\u2019Univers \u00e9tait donc tr\u00e8s dense, c\u2019est cela que l\u2019on appelle le big-bang\u00a0!<\/p>\n

Le d\u00e9calage vers le rouge<\/h3>\n

Si l\u2019on est capable aujourd\u2019hui d\u2019estimer la distance \u00e0 laquelle se trouve un objet astronomique tr\u00e8s lointain, c\u2019est parce qu\u2019au cours de son voyage vers nous, la lumi\u00e8re qu\u2019il a \u00e9mise a \u00e9t\u00e9 modifi\u00e9e par la dilatation de l\u2019espace<\/strong>.<\/p>\n

\"\"<\/a>On peut comprendre le ph\u00e9nom\u00e8ne en se repr\u00e9sentant la lumi\u00e8re comme une onde. Si cette onde voyage dans l\u2019espace et que l\u2019espace se dilate, la longueur d\u2019onde (c’est-\u00e0-dire la longueur entre deux pics de l’onde) se trouve augment\u00e9e. Ainsi par exemple pour de la lumi\u00e8re bleue (longueur d\u2019onde d\u2019environ 400nm), l\u2019\u00e9tirement de l\u2019espace d’un facteur 2 peut lui donner au final une longueur d\u2019onde de 800nm, c’est-\u00e0-dire rouge.<\/p>\n

La relation entre la longueur d\u2019onde initiale (au moment de l\u2019\u00e9mission) et la longueur d\u2019onde au moment de l\u2019observation est tr\u00e8s simple : les longueurs d’onde sont dilat\u00e9es d’un facteur qui n’est autre que le facteur d’\u00e9chelle \\(\\lambda_{obs} = \\lambda_{emis}\/a(t_{emis})\\)<\/p>\n

C\u2019est cette propri\u00e9t\u00e9 qui nous permet de remonter \u00e0 une distance approximative des objets tr\u00e8s lointain\u00a0: plus l\u2019objet \u00e9metteur est lointain, plus la lumi\u00e8re voyage longtemps avant de nous parvenir, plus elle sera d\u00e9cal\u00e9e vers le rouge <\/strong> par la dilatation de l’espace qu’elle aura travers\u00e9 [3] !<\/p>\n

Les raies d\u2019\u00e9mission<\/h3>\n

\"\"<\/a>Pour pouvoir quantifier le d\u00e9calage vers le rouge, il nous faut savoir quelle \u00e9tait la longueur d\u2019onde de la lumi\u00e8re au moment de son \u00e9mission. Cela est possible car nous connaissons les longueurs d\u2019onde d\u2019\u00e9mission de l\u2019atome d\u2019hydrog\u00e8ne<\/strong> (voir ci-contre), qui est l\u2019\u00e9l\u00e9ment le plus abondant dans les galaxies.<\/p>\n

L\u2019\u00e9mission la plus courante de l\u2019atome d\u2019hydrog\u00e8ne s\u2019appelle la raie Lyman-alpha<\/strong>, et sa longueur d\u2019onde est de 122nm. Si on est capable de rep\u00e9rer cette raie dans le spectre \u00e9mis par une galaxie, on peut calculer l\u2019intensit\u00e9 du d\u00e9calage vers le rouge, et donc remonter au facteur d\u2019\u00e9chelle au moment de son \u00e9mission. Voyons cela sur l’exemple de notre galaxie.<\/p>\n

UDFy-38135539<\/h3>\n

\"\"<\/a>Ce nom barbare d\u00e9signe la galaxie qui nous int\u00e9resse, rep\u00e9r\u00e9e initialement par le t\u00e9l\u00e9scope spatial Hubble. L\u2019\u00e9quipe conduite par M. Lehnert y a ensuite point\u00e9 le t\u00e9l\u00e9scope VLT pour analyser finement la lumi\u00e8re infrarouge \u00e9mise. Ils ont alors d\u00e9couvert que la raie Lyman-alpha de cette galaxie se trouvait \u00e0 environ 1160nm<\/strong> (dans l’infra-rouge), au lieu de 122nm (dans l’ultraviolet) qui est sa longueur d’onde d’\u00e9mission.<\/p>\n

Cela signifie que le facteur d\u2019\u00e9chelle au moment de l\u2019\u00e9mission de cette lumi\u00e8re valait environ 122\/1160 = 0.105. En regardant le graphique ci-dessus montrant l\u2019\u00e9volution du facteur d\u2019\u00e9chelle, on constate que cette valeur est celle d’il y a 13.1 milliards d\u2019ann\u00e9es !<\/p>\n

Cette observation du d\u00e9calage vers le rouge de la raie Lyman-alpha permet donc d’estimer que la lumi\u00e8re que l’on observe de la galaxie UDFy-38135539 a \u00e9t\u00e9 \u00e9mise il y a 13.1 milliards d’ann\u00e9es<\/strong>. Ceci en fait la galaxie la plus vieille et la plus lointaine jamais observ\u00e9e !<\/p>\n

[1] Le papier de Nature : M. Lehnert et al., Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6, Nature 467,\u00a0 p940 (2010)<\/em><\/p>\n

[2] Pour les furieux, le mod\u00e8le utilis\u00e9 ici est le \u00ab\u00a0Lambda-CDM\u00a0\u00bb dont le facteur d’\u00e9chelle ob\u00e9it \u00e0 une \u00e9quation diff\u00e9rentielle assez simple<\/em><\/p>\n

\\(\\frac{da}{dt} = H_0 \\sqrt{\\Omega_M a^{-1}+\\Omega_{\\Lambda}a^2 }\\)<\/em><\/p>\n

o\u00f9 dans l’\u00e9tat actuel des connaissances de notre univers, \\(1\/H_0\\) est le temps de Hubble et vaut 13.8 milliards d’ann\u00e9es, \\(\\Omega_M\\) est la densit\u00e9 de mati\u00e8re et vaut 0.27 et \\(\\Omega_{\\Lambda}\\) est la densit\u00e9 d’\u00e9nergie noire et vaut 0.73.<\/em><\/p>\n

[3] Les astrophysiciens aiment quantifier cela avec ce qu’ils appellent ‘z’. On a la relation \\(z = \\lambda_{obs} \/ \\lambda_{emis} – 1\\)
\n<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Il y a quelques mois, une \u00e9quipe internationale a annonc\u00e9 la d\u00e9couverte de la plus lointaine galaxie jamais observ\u00e9e [1]. Ce travail se base sur l\u2019analyse de la lumi\u00e8re \u00e9mise par cette galaxie, et notamment ce que l\u2019on appelle le d\u00e9calage vers le rouge. Voyons ce qu’est ce d\u00e9calage et comment son intensit\u00e9 permet de<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[46,12,31],"class_list":{"0":"post-1118","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-physique","7":"tag-cosmologie","8":"tag-lumiere","9":"tag-relativite"},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"post_mailing_queue_ids":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1118","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1118"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1118\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1118"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1118"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1118"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}