Décalage vers le rouge cosmologique et distance

À mesure que l'univers s'étend, la lumière provenant de sources lointaines est étirée vers des longueurs d'onde plus longues, phénomène connu sous le nom de décalage vers le rouge cosmologique, et la notion même de distance se divise en plusieurs mesures distinctes, dépendantes de l'expansion.

Definition

Le décalage vers le rouge cosmologique est l'augmentation de la longueur d'onde de la lumière par le facteur de croissance du facteur d'échelle pendant son trajet, et les distances cosmologiques sont des quantités dépendantes de l'observateur et de la méthode (comobile, de luminosité, de diamètre angulaire) qui se réduisent à une seule distance euclidienne uniquement dans la limite proche et à faible décalage vers le rouge.

Scope

Ce sujet aborde le décalage vers le rouge cosmologique comme un étirement des longueurs d'onde dû à la croissance du facteur d'échelle, sa distinction des décalages vers le rouge Doppler et gravitationnel, ainsi que la famille des mesures de distance (comobile, propre, de luminosité et de diamètre angulaire) qui émergent dans un espace-temps en expansion, et la manière dont chacune est liée au décalage vers le rouge et à l'histoire de l'expansion.

Core questions

• Pourquoi le décalage vers le rouge cosmologique n'est-il pas simplement un effet Doppler ?
• Comment le décalage vers le rouge est-il lié à l'histoire de l'expansion de l'univers ?
• Pourquoi existe-t-il plusieurs définitions différentes de la distance en cosmologie ?

Key concepts

• Décalage vers le rouge cosmologique
• Facteur d'échelle à l'émission
• Distance comobile
• Distance de luminosité
• Distance de diamètre angulaire
• Chandelles et règles standards

Key theories

Décalage vers le rouge dû à la croissance du facteur d'échelle

La longueur d'onde observée de la lumière est étirée proportionnellement à la croissance du facteur d'échelle depuis l'émission, de sorte que le décalage vers le rouge mesure directement l'expansion relative de l'univers entre l'émission et l'observation plutôt qu'une vitesse locale.

Multiples mesures de distance

Dans un univers en expansion, la distance de luminosité (déduite de la luminosité observée) et la distance de diamètre angulaire (déduite de la taille observée) diffèrent l'une de l'autre et de la distance comobile, toutes étant liées par le décalage vers le rouge et l'histoire de l'expansion ; ainsi, la distance que l'on déduit dépend de ce qui est mesuré.

Clinical relevance

Ces relations transforment les observations en cosmologie : la mesure de la luminosité des supernovae de type chandelle standard en fonction de leur décalage vers le rouge révèle l'expansion accélérée, et les distances de diamètre angulaire jusqu'au fond diffus cosmologique et aux caractéristiques de regroupement des galaxies contraignent la géométrie et le contenu de l'univers.

History

Slipher a mesuré les premiers décalages vers le rouge de galaxies dans les années 1910, et Hubble, en 1929, a combiné les décalages vers le rouge avec des estimations de distance pour révéler la relation linéaire décalage vers le rouge-distance ; la compréhension de ces décalages comme une expansion cosmologique plutôt qu'un mouvement ordinaire a découlé de l'interprétation de la relativité générale par Friedmann-Lemaitre.

Key figures

• Edwin Hubble
• Georges Lemaitre
• Vesto Slipher

Seminal works

• weinberg2008
• hogg1999

Frequently asked questions

Les galaxies sont-elles décalées vers le rouge parce qu'elles s'éloignent de nous ?

Aux échelles cosmologiques, le décalage vers le rouge résulte de l'expansion de l'espace qui étire la lumière en transit, et non d'un mouvement à travers l'espace ; à proximité, il peut être approximé comme une vitesse de récession, mais à grand décalage vers le rouge, l'interprétation par l'expansion est essentielle et les 'vitesses' de récession peuvent même dépasser c sans violer la relativité.

Pourquoi un objet plus distant peut-il apparaître plus grand dans certains cas ?

Parce que la distance de diamètre angulaire dans un univers en expansion atteint un maximum puis diminue à grand décalage vers le rouge, des objets très lointains peuvent sous-tendre un angle plus grand que des objets un peu plus proches, un effet contre-intuitif absent de la géométrie euclidienne quotidienne.