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Ask Ethan No. 12: Distances dans l'Univers

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Ce morceau de ciel est la constellation de la baleine. Ici, nous observons un ensemble de galaxies, qui a été utilisé pour observer les addictions alimentaires des jeunes galaxies pendant leur croissance. Chacun des petits points est une galaxie, comme c'était de trois à cinq milliards d'années après le Big Bang. Ils ont été étudiés à l'aide des outils VLT et SINFONI. Les cartes en couleur montrent le mouvement du gaz dans les galaxies. Le gaz bleu se déplace vers nous par rapport à la galaxie dans son ensemble, le gaz rouge est retiré. ces couleurs permettent aux astronomes de déterminer si les galaxies tournent comme des disques ou se déplacent d'une manière différente.
La lumière croit qu'elle se déplace plus vite qu'autre chose, mais elle se trompe. Peu importe la vitesse à laquelle la lumière se déplace, elle découvre toujours que l'obscurité y est apparue auparavant et l'attend.
- Terry Pratchet

Le lecteur demande:
Quand ils disent d'un objet qu'il est à 13,8 milliards d'années-lumière, cela signifie-t-il la distance actuelle à l'objet, à quelle distance était-elle lorsque la lumière de l'objet est allée dans notre direction, ou la distance parcourue par la lumière?
En effet, en raison de l'expansion de l'univers, ces trois options devraient être très différentes.

Je souhaite que tout le monde adhère à la même définition. Malheureusement, ces trois distances sont vraiment différentes, et tout le monde n'utilise pas la même distance, décrivant la distance à l'objet. Prenez une analogie simple.

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Imaginez deux volées d'escaliers côte à côte. Vous vous tenez sur l'un, votre ami sur l'autre. Il se tient plus bas et tient une balle dans ses mains. Votre ami vous lance une balle à une certaine vitesse, il faut un certain temps pour vous atteindre la balle, et si vous connaissez ces deux valeurs, vous pouvez calculer la distance jusqu'à un ami. Disons que la balle a volé à une vitesse de 10 mètres par seconde, a volé 1 seconde et que vous êtes à 10 mètres de votre ami. (Supposons, par souci de simplicité, que la gravité n'agisse pas sur le ballon). [environ. trans.: et résistance à l'air; mais il vaut mieux imaginer que vous vous tenez sur des travelators, et alors la gravité ne vous dérangera pas].

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Maintenant, compliquons la tâche et plaçons vous et votre ami sur des escaliers mécaniques qui se déplacent dans des directions opposées - vous montez et chacun descend. Disons que la vitesse de chacun est de 2,5 m / s.

Et tout n'est pas si simple.

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Si votre ami lance le ballon à une vitesse de 10 m / s et que vous commencez à une distance de 10 mètres, alors le ballon prendra plus d'une seconde et, à son arrivée, vous ne serez pas à 10 mètres les uns des autres. Au ballon, cela prendra 1,3 s, et d'ici là, vous serez à une distance de 17 mètres.

Si vous vous trouvez à une distance de 10 mètres les uns des autres au moment où le ballon vole vers vous, cela signifie que vous avez commencé à une distance de 6 mètres, et que le ballon a mis 0,8 s à parcourir.

Mais si le ballon a pris exactement 1 seconde sur le chemin, cela signifie que lors du lancer, vous étiez à une distance de 8 mètres, et maintenant vous êtes à une distance de 13 mètres.

Par souci de simplicité, j'ai arrondi toutes les valeurs.

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Le fait est que si vous êtes à une certaine distance et que vous vous déplacez les uns par rapport aux autres, il n'est pas si facile de déterminer la distance - ils ont trois valeurs différentes:

  1. La distance à laquelle deux objets se trouvaient lorsque l'objet émetteur a envoyé un signal que l'observateur a reçu
  2. Distance à laquelle se trouvent deux objets lorsque l'observateur a reçu un signal émis par l'expéditeur.
  3. La distance que le signal a dû parcourir de l'émetteur au récepteur.


Pour les objets immobiles, les trois valeurs sont égales et pour les objets en mouvement, elles sont différentes. Et l'Univers bouge.

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Les objets connectés par gravité, comme les planètes du système solaire, les étoiles dans une galaxie et les galaxies dans un amas, peuvent être considérés comme immobiles les uns par rapport aux autres, la plupart des galaxies sont éloignées les unes des autres. Lorsque nous regardons dans les extrémités de l'Univers, nous regardons le passé et voyons la lumière du temps où les objets étaient plus proches les uns des autres, lorsque l'Univers s'est développé plus rapidement, depuis les temps anciens. Et contrairement à l'exemple des escalators, le taux d'expansion de l'Univers change également dans le temps.

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Aujourd'hui, notre univers est de 13,8 milliards plus / moins plusieurs dizaines de millions d'années. Qu'est-ce que cela signifie pour les objets distants?

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Prenons le détenteur du record actuel, la plus éloignée des galaxies connues, UDFj-39546284. Quand nous disons qu'il est à 13,42 milliards d'années-lumière, que voulons-nous dire?

La distance que la lumière qui en sort a parcourue. Pour moi, au moins, c'est une façon raisonnable d'indiquer la distance. Dans l'Univers en expansion, auparavant, les distances entre les objets étaient moindres. Alors que la lumière se déplace de l'objet rayonnant vers nos yeux, l'univers continue de s'étendre.



Qu'est-ce que cela signifie pour notre détenteur du record?

  1. Cette galaxie était à 1,1 milliard d'années-lumière de nous lorsqu'elle a émis de la lumière nous atteignant aujourd'hui.
  2. La lumière qui nous vient aujourd'hui a été émise alors que l'Univers n'avait que 380 millions d'années, soit 2,7% de l'âge actuel.
  3. 13,4 , , 13,4 .
  4. 33 .


Et, bien que vous ne sachiez jamais sur quelles distances un journaliste ou un écrivain écrit, j'ai énuméré toutes les options possibles.

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Habituellement, les deux dernières options sont utilisées - soit la distance parcourue par la lumière, soit la distance actuelle. Nous pouvons supposer que si la distance en années-lumière est inférieure à l'âge de l'univers, alors ils parlent du temps que la lumière a parcouru, et si plus, de la distance réelle actuelle.

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Pour les objets plus proches et pour les objets connectés par gravité, la différence entre ces options est beaucoup plus petite, mais j'aimerais quand même que les gens fassent plus attention aux mots. Si tout le monde indiquait la distance qu'il voulait dire - celle qui était lorsque la lumière a été émise, le chemin de la lumière ou la distance actuelle à l'objet, alors il y aurait beaucoup moins de confusion.

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C'est ainsi que fonctionnent les distances dans un univers en expansion.

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