Discuter:Loi de Hubble

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Problème de traduction: l'article anglais dit ceci:

Furthermore, if one takes Hubble's original observations and then use the most accurate distances and velocities currently known, one ends up with a random scatter plot with no discernable relationship between redshift and velocity.

Ce que je traduit par:

De plus, si on prend les observations originales de Hubble et que l'on utilise ensuite les valeurs de distances et de vitesses les plus précises actuellement connues, on obtient un graphe où toutes les valeurs sont dispersées aléatoirement et où aucune relation n'est discernable.

Ce qui ne veut pas dire grand chose puisque les observations de Hubble sont déja les valeurs de distances et de vitesse, si on utilise les valeurs actuelles que se trouve-t'il dans le graphe?

Je suppose que l'auteur voulait dire : si on utilise les valeurs (vitesse et distances) les plus précises actuellement connues pour les galaxies utilisées par Hubble, on obtient .... Car les galaxies observées par Hubble sont encore trop rapprochées de nous pour et, à cette échelle, les effets d'interactions de galaxies (groupes, amas et super-amas de galaxies) dominent. Lorsque les galaxies sont plus éloignées, ces interactions cessent et la relation devient valable.

Quelqu'un a-t'il un indice pouvant confirmé/infirmé cette supposition? Merci d'avance. -- Looxix 21 jun 2003 ・02:15 (CEST)

J'ai vérifié et il apparait surtout que la valeur de Hubble souffrait essentiellement d'une sous-estimation de la distance des objets observés. -- Looxix 22 jun 2003 ・01:42 (CEST)

[modifier] Discussion sur la constante de Hubble avec un astronome

Un exemple plus court peut en être tiré.

Bonjour,

J'essaie de comprendre la constante de hubble depuis déjà un certain temps.

J'ai vu qu'elle aurait une valeur entre 50 et 100 km/sec/Mpc. http://www-obs.univ-lyon1.fr/~prugniel/french/galaxies_presentation_edhubble.html

Si je comprends bien, pour deux points distant de 1 Mpc, à chaque sec la distance croit de 50 à 100 km de plus.

R: C'est exact.

Est-ce possible dans ce cas que pour de très grande distance de l'ordre de dizaine de milliard d'années-lumière que le taux d'expansions approche de la vitesse de la lumière.

R: Tout à fait.  Il peut même dépasser la vitesse de la lumière.

Il y aurai dans ce cas une limite de la distance à laquelle on peut observer les galaxies. Mais avant les galaxies seraient visibles que dans de très large longueur d'onde.

R: Vous avez compris.

Si c'est le cas à quelle distance est cette frontière en tenant compte de la valeur théorique de la constante de hubble actuelle ?

Quel est la plus récente estimation de la constante de hubble ?

R: La valeur du paramètre de Hubble varie entre 64 et 80 (km/s/Mpc).  
La « meilleure valeur » serait de l'ordre de 71 +/- 4.(Octobre 2004)

Quel est la plus grande longueur d'onde observable par les télescopes?

R: C'est dans le proche infrarouge que les télescopes optiques
rencontrent leur limite.  Mais comme le décalage vers le rouge
entraîne la lumière émise par les galaxies les plus lointaines à des
longueurs d'ondes toujours plus longues, cette portion du spectre est
extrêmement intéressante.  Pour les nouveaux télescopes, on mise donc
sur une sensibilité accrue dans l'infrarouge.  Ce sera notamment le
cas pour le Télescope spatial James Webb, qui remplacera dans 6 ou 7
ans le télescope spatial actuel.  Les observations en infrarouge sont
difficiles à mener à partir du sol, car la vapeur d'eau présente dans
l'atmosphère coupe une partie de ce rayonnement.

Les micro-ondes sont encore plus longues que l'infrarouge.
L'équipement utilisé pour étudier ce type de rayonnement s'apparente
ce pendant plus aux radiotélescopes qu'aux télesscopes optiques
classiques.  C'est dans le domaine micro-ondes que le rayonnement
fossile (l'écho du big bang) est le plus fort.

Comment déterminer l'age de l'univers en l'observant si des objets peuvent se trouver au-delà de cette limite d'observation?

R: Il faut comprendre que la taille de l'Univers que nous pouvons
observer (donc limité par le taux d'expansion et par la vitesse finie
de la lumière, et distortioné par le fait que, plus on regarde loin,
plus on voit l'univers tel qu'il était dans un passé de plus en plus
lointain) n'est pas la même que la taille de l'univers.  Comme en
mer, notre vue s'étend jusqu'à cet horizon, mais pas au-delà.
L'univers est-il fini ou infini?  Il n'y a pas encore de réponse
définitive à cette question.

Il y a cependant une relation directe entre le paramètre de Hubble et
l'âge de l'univers:  t = 1 / H.  Avec H = 71, on obtient un âge de
13,7 millards d'années.

J'ai essayé de calculer le taux d'expansion pour une distance de 13 milliards d'années-lumière avec une valeur de 75 pour hubble. Est-ce que je me trompe dans la façon d'appliquer la constante.

((13000000000 years * c / (1000000 * parsec)) * ( 75 km / s) ) = 298 929.716 km / s

R: Je crains que vos unités ne soient pas correctement balancées.
J'obtiens v = 297 375 km/s avec H = 75 (km/s/Mpc) et D = 13 (Ga.l.) dans
v = H x D  = 75 x 13 x 305

La constante 305 est le résultat de 1 milliard d'a.l. / 1 Mpc,
soit (10^9 x 9,4 x 10^12 km) / (10^6 x 3,08 x 10^13 km)

Si c'est juste, il est impossible d'observer un astre approchant de ces distances.

R: En effet, la vitesse de récession des objets lointains se manifeste
par un décalage vers le rouge toujours plus important, qui tend vers
l'infini.  Aux limites de l'univers observable, les objets sont très
faibles (à cause de la distance) et leur lumière est décalée vers
l'infrarouge lointain et les micro-ondes.

[modifier] question

n'y a-t-il pas un à-priori dans cette affaire ? on calcule la distance des objets par rapport à leur décalage vers le rouge selon la loi de Hubble-Humason (au fait, il est passé où humason ?) puis on modifie les distances en les multipliant par 2 ou plus pour en déduire la valeur de la constante... On est ainsi passé de 800+xx vers les années 30 à 70 aujourd'hui (voire moins) sous le fallacieux prétexte d'une estimation insuffisante des distances... Pour une "constante", elle change beaucoup de valeurs et dans des proportions anormales.Claudeh5 25 juin 2006 à 13:00 (CEST)

Je ne vois pas ton problème. Traditionnellement on détermine la constante en ayant à la fois le décalage spectral (qui donne la vitesse) et une mesure indépendante de la distance (SN Ia, céphéide, etc.). Mais ce ne sont pas des mesures faciles, loin de là, surtout à grande distance. Pour les galaxies locales les vitesses particulières bruitent aussi énormément les données. Hubble a simplement utilisé des mesures qui étaient erronées, d'où une constante bien trop élevée. La constante de Hubble varie assez peu ces dernières années et elle se situe vers 73±3 km/s/Mpc d'après WMAP.

J'ai un problème bien simple pourtant: comment déterminer la distance d'un corps céleste ? pour les cas les plus proches, pas de problème, la trigonométrie suffit. Mais pour la nébuleuse d'Andromède par exemple ? on fait comment ? la théorie de la magnitude (qui est incompréhensible pour le mathématicien que je suis)?

Il est facile de determiner les distances relatives : deux objets dont la luminosite intrinseque est identique mais dont la luminosite apparente differe d'un facteur quatre sont deux fois plus eloignes l'un que l'autre. La determination des distances absolues est par contre beaucoup plus difficile. Par exemple, pour utiliser les cepheides comme indicateur de distance, il faut connaitre la distance absolue de l'une d'entre elle. C'est cette difficulte qui a cause les enormes erreurs sur la constante de Hubble dans les annees 30, car aucune cepheide proche n'avait sa distance mesurable par parallaxe. Fort heureusement, la situation aujourd'hui est mieux maitrisee, mais il faut toujours garder a l'esprit que les distances absolues sont beaucoup plus difficiles a mesurer que les distances relatives. Le probleme de calibration est reel. Alain Riazuelo 25 juin 2006 à 19:52 (CEST)

deux objets dont la luminosite intrinseque est identique mais dont la luminosite apparente differe d'un facteur quatre sont deux fois plus eloignes l'un que l'autre

évidemment, mais comment savoir sinon par un à-priori que les deux objets sont de luminosités intrinsèques égales ? Quand j'étais jeune (14-16 ans) j'ai lu là dessus tous les livres d'astronomie que j'ai trouvé, les que-sais-je relatifs à l'astronomie, ceux d'Albin-Michel, ... sans jamais comprendre comment on détermine une distance réelle. La difficulté est sérieuse et le "la situation aujourd'hui est mieux maitrisee" fait doucement rire le mathématicien... Claudeh5 25 juin 2006 à 20:25 (CEST) d'autant qu'en interprétant 1/Ho comme l'age de l'univers, on en arrive rapidement à trouver que l'univers est moins agé qu'il ne l'est... Oubien à déterminer Ho par l'age estimé de l'univers.... bref, on suppose l'existence d'une loi et on s'évertue de faire coïncider les données qu'on a avec. Bref, je crois de moins en moins à la théorie de l'univers en expansion. J'ai mis une question,voire une proposition sur la page de discussion du paradoxe d'Olbers. Claudeh5 25 juin 2006 à 20:32 (CEST)

La theorie de l'evolution stellaire explique par exemple l'existence d'une relation entre periode et luminosite pour les cepheides, chose que l'on peut explicitement verifier dans les nuages de Magellan ou toutes les cepheides sont a meme distance de nous et ou les etoiles de meme periode ont meme luminosite. Ce n'est qu'un exemple parmi d'autres, il en existe de nombreux autres.

Je me permets de plus de vous mettre en garde contre des amalgames douteux. Ce n'est pas parce que vous etes professeur de mathematiques que vous jugement est forcement d'une grande acuite dans un domaine qui n'est pas le votre. Par exemple, il est surprenant que vous affirmiez aussi gaillardement l'existence d'une incoherence entre l'inverse de la constante de Hubble et l'age de l'univers. Une consultation des équations de Friedmann pourrait le cas echeant vous eclairer quelque peu (et en guise d'exercice vous pourrez calculer vous-meme l'age de l'univers dans un univers avec matiere non relativiste + constante cosmologique puisque je n'ai pas pris le temps de le faire). Pour le reste il manque encore un mesure des paramètres cosmologiques que je ferais quand j'aurai du temps, et oui, maintenant les distances de quelques cepheides proches sont determinees par parallaxe, et oui, on connait bien la calibration de cette echelle de distance. Pour plus de details, vous pourrez consulter ceci et cela. Alain Riazuelo 25 juin 2006 à 22:02 (CEST)

Ce n'est pas parce que je suis mathématicien que j'ignore et l'existence et la justification théorique de l'inverse de Ho en tant qu'age de l'univers ou bien les équations de Friedmann (que je connais depuis 30 ans maintenant). Pour être précis, c'est même par cela que j'ai commencé (avec en plus la lecture de la thèse de Jacques Merleau-Ponty). Je n'ai d'autre part pas nié que 1/Ho soit l'age de l'univers. Quant à mon acuité, je vous accorde volontiers que ce domaine n'est pas le mien et qu'il se peut que mes questions soient même naïves. Où je suis étonné c'est sur les hypothèses dont la justification m'apparait faible qui servent à la détermination de ces distances. Je comprends que l'on puisse déterminer la distance de quelques amas proches et j'admets qu'il existe un lien linéaire entre distance et luminosité (encore que ...) mais je dois dire que je reste sur ma faim quant à dire que tel amas et tel autre doivent avoir la même luminosité. Ce me semble quelque peu hâtif: cela revient à dire que toute ampoule au tungsten a nécessairement la même luminosité qu'une autre indépendamment de son voltage, de sa forme géométrique, ... Pour être plus précis, je me pose la question suivante: quelles sont les hypothèses sous-tendues par cette théorie, car manifestement il y en a. Historiquement, après les deux modèles d'Einstein et de De Sitter, tous les deux statiques, qui ne satisfaisaient personne, Friedmann cherche un modèle en évolution dans les années 1920. Là-dessus Hubble et Humason découvrent un décalage vers le rouge des raies spectrales. La tentation est donc grande de justifier l'un par l'autre. D'autant qu'on a vérifié sur l'éclypse de 1919 la théorie d'Einstein et que la constante cosmologique introduite par Cartan permet une variété bien plus grande de modèles. Au fait, le signe de la constante cosmologique est-il déterminé ? La dernière fois que j'en ai entendu parler, il y a 15 ans, il n'était pas connu.Claudeh5 26 juin 2006 à 10:02 (CEST)

Encore une fois, l'évolution stellaire explique pourquoi les céphéides ont une relation période-luminosité et pourquoi les supernovae de type Ia ont toute à peu près même luminosité absolue. Et il n'est aucunement réaliste de mettre en doute l'évolution stellaire. Personne ne dit que les amas ont tous même luminosité (ce qui est parfaitement faux du reste). Ce qui est difficile, c'est de calibrer précisément ces relations, de connaître les écarts statistiques à ces relations, bref, toutes ces choses qui sont indispensables pour pouvoir faire du quantitatif dans une science qui n'est pas expérimentale mais observationnelles, avec les limitations que cela impose.

Le signe de la constante cosmologique est déterminé, il correspond à une densité d'énergie positive, et donc à une force répulsive car celle-ci est en rho + 3 P (avec ici P = - rho). Quant à savoir s'il sa'git d'une vraie contantes ou d'un autre truc dont la pression est à peu près opposée à la densité d'énergie, on ne le sait pas, mais on commence à sérieusement contraindre le rapport P/rho.

Si la cosmologie vous intéresse, je ne saurais trop vous conseiller de vous procurer des lectures plus récentes que celles que vous mentionnez (beaucoup d'eau a coulé sous les ponts depuis !). J'ai mis quelques références sur Ouvrages spécialisés sur la cosmologie. Alain Riazuelo 26 juin 2006 à 11:26 (CEST)