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boussole homonymie - "Redshift" et "Red Shift" se réfèrent ici. Si vous êtes à la recherche d'autres utilisations, voir Redshift (désambiguïsation).

la décalage vers le rouge (Aussi appelé effet bathocromic ou, Anglais, redshift[1]) Est le phénomène par lequel la lumière ou un autre rayonnement électromagnétique émis à partir d'un objet a une longueur d'onde plus longue que celle qui avait l'édition. Cela revient à dire que dans le cas de la lumière de couleur va dans le sens où il est rouge, l'extrême inférieure du spectre visible. D'une manière générale, que le rayonnement électromagnétique visible ou non, un décalage vers le rouge signifie une augmentation de la longueur d'onde, ce qui équivaut à une diminution de la fréquence ou à une énergie inférieure photons.

Certains redshift sont un exemple de effet Doppler. L'effet Doppler est non seulement sur les ondes électromagnétiques, mais les vagues en général. En fait, il a d'abord été étudié avec les ondes sonores: le phénomène dans ce cas, se manifeste dans le changement apparent dans le ton des sirènes et la fréquence des ondes sonores émises par un véhicule en mouvement. Le décalage spectral dû à l'effet Doppler dans les ondes électromagnétiques se produit chaque fois une source de lumière se déplace à une distance d'un observateur (ou de manière équivalente, étant le mouvement relatif, lorsque l'observateur se déplace loin de la source). Il y a un autre type de redshift cosmologique qui est, en raison de l'expansion de l'univers: les sources de lumière suffisamment éloignés (généralement quelques millions d'années de lumière) montrent un décalage vers le rouge correspondant à la rapidité avec laquelle se développe la distance de la Terre. Le décalage spectral gravitationnel est plutôt un effet relativiste qui est observé quand un rayonnement électromagnétique se déplace à une distance à partir d'un champ de gravitation.

Au contraire, il est le soi-disant décalage vers le bleu (ou blueshift) Lorsque la diminution de longueur d'onde et se produit lorsqu'une source de lumière se déplace vers un observateur ou lorsque le rayonnement électromagnétique pénètre dans un champ gravitationnel.

redshift
décalage vers le rouge et décalage vers le bleu

Les connaissances concernant le redshift et blueshift ont été exploités pour la réalisation de dispositifs technologiques tels que des caméras ou radar doppler.

De plus, on peut observer l'observation spectroscopique redshift des objets astronomiques[2]. La valeur du redshift est représentée par la lettre .

Une formule obtenu à partir de relativité restreinte (Et son approximation classique) peut être utilisé pour dériver le décalage vers le rouge d'un objet à proximité lorsque le espace-temps Il est plat. Cependant, dans de nombreux contextes, comme dans le cas de trous noirs et la cosmologie de Big Bang, redshift doit être calculé par relativité générale. A la base de la compréhension de redshift relativiste, cosmologique et gravitationnelle sont la transformation des systèmes de lois.

Il existe d'autres phénomènes physiques qui peuvent provoquer des variations dans la fréquence d'un rayonnement électromagnétique, tels que le 'effet Compton, l 'effet Raman, la Brillouin ou d'autres effets dus à l'interaction entre les ondes E.M. et de la matière; ces phénomènes sont bien distinguer des redshift et ne sont pas marqués par ce nom.

histoire

L'histoire du redshift a commencé au cours du développement, au XIXe siècle, la théorie des ondes mécaniques et les phénomènes associés à l'effet Doppler. Cet effet est nommé d'après Christian Doppler, qui a d'abord offert une explication du phénomène en 1842[3]. Ses hypothèses ont été testées pour les ondes sonores en 1845 par le scientifique néerlandais Christophorus Buys Ballot[4]. Doppler a correctement prédit que le phénomène devrait s'appliquer à tous les types d'ondes, ce qui suggère notamment que la couleur des étoiles variables pourrait être attribuée à leur mouvement par rapport à la Terre. Avant cela pourrait être vérifié, on a découvert que la couleur des étoiles était principalement en raison de leur température. Seulement plus tard, ce sont les premières observations et vérifications de redshift.

Le premier redshift Doppler a été décrit par le physicien français Hippolyte Fizeau en 1848, où il a montré que le changement dans les raies spectrales de quelques étoiles est due précisément à l'effet Doppler; cet effet est parfois appelé « l'effet Doppler-Fizeau ». En 1868, l'astronome britannique William Huggins a été le premier à déterminer, par cette méthode, le taux d'élimination d'une étoile de la Terre[5]. En 1871, a été confirmé redshift optique lorsque nous avons observé le phénomène lignes Fraunhofer en utilisant la rotation solaire, avec un décalage d'environ 0,01 nm au rouge[6]. En 1887, Vogel et Scheiner ont découvert l 'effet Doppler annuel, à savoir la variation annuelle du décalage Doppler des étoiles situé à proximité de la 'écliptique en raison de la vitesse orbitale de la Terre[7]. En 1901, aristarkh belopolski vérifié expérimentalement le décalage spectral optique dans le laboratoire en utilisant un système de miroirs rotatifs[8].

En 1912, Vesto Slipher Il a commencé les observations qui l'ont amené à découvrir que de nombreuses galaxies spirales ont un redshift considérable. Il a finalement été Edwin Hubble de découvrir une relation approximative entre le redshift de ces galaxies et la distance entre eux en faisant le 'du même nom La loi de Hubble.[9]. Cela a été corroboré en 1922 par les travaux de Alexander Friedmann, où il a obtenu la équations de Friedmann-Lemaître[10], qui sont aujourd'hui considérées comme une preuve évidente de l'expansion de l'univers et la théorie du Big Bang[11].
Le premier ordre de la mesure Doppler (Ie seul relativiste) a été réalisée par Ives et Stilwell[12] en 1938. Ils ont mesuré les longueurs d'onde du rayonnement de fluorescence émis par un faisceau d'ions d'hydrogène moléculaire dans le sens du mouvement et dans la direction opposée. La moyenne entre les deux longueurs d'onde est décalée vers le rouge par rapport à la longueur d'onde du rayonnement émis par les ions au repos. Les résultats de l'expérience de Ives et Stilwell étaient conformes aux prévisions relativistes avec une précision de . Une mesure plus récente du décalage Doppler du second ordre[13] Il a vérifié la théorie avec une précision de 4 parties de [14].

Mesures, définition mathématique et interprétation

redshift
Les lignes dans le spectre optique d'un amas de galaxies lointaines (à droite), par rapport aux lignes d'absorption du spectre optique du Soleil (à gauche). La longueur d'onde augmente vers le rouge (et les diminutions de fréquence).

Le spectre de la lumière émanant d'une source unique peut être mesurée. Pour déterminer le redshift que vous êtes à la recherche des caractéristiques dans le spectre comme raies d'absorption ou raies d'émission. De telles courbes caractéristiques peuvent être comparées à d'autres notes dans le spectre des éléments étudiés sur le sol ou sur les sources connues. Un élément atomique très répandu dans l'univers est un atome d'hydrogène. La figure de gauche, à gauche est représenté le spectre dans le visible (du rouge au violet) du Soleil; les lignes noires sont les raies d'absorption de l'hydrogène. Sur la même figure, à droite il y a, dans la même gamme de fréquences, le spectre d'une source distante constitué par un amas de galaxies. Les raies d'absorption sont espacées d'une manière similaire et est facile à identifier la manière dont les différentes lignes sont décalés vers le rouge (les flèches indiquent les résultats). Il est clair que, afin de déterminer le décalage spectral d'un objet il est nécessaire de faire une analyse spectrale dans une plage appropriée, large de fréquences (ou longueur d'onde de manière équivalente) et identifier les raies spectrales.

Le décalage spectral et blueshift peuvent être caractérisés par la différence relative entre la longueur d'onde (ou fréquence) observé et émis à partir d'un objet. En astronomie, il est de coutume de se référer à ce changement par une quantité adimensionnelle, . si Il représente la longueur d'onde et la fréquence (notez que est la vitesse de la lumière), puis Elle est définie par l'équation:

Calcul de redshift,
Sur la base de la longueur d'onde Sur la base de la fréquence

Suite à la mesure de , la distinction entre blueshift ou redshift est est déterminée uniquement par le signe de lui-même. Par exemple, un effet Doppler de blueshift () Il est associé à des objets qui se rapprochent de l'observateur par la lumière qui augmente son énergie. En revanche, un redshift Doppler (0} « />) Il est associé à un objet qui se déplace loin de l'observateur par la lumière qui diminue son énergie. De même, un redshift gravitationnel est associée à la lumière émise par une source située dans un champ gravitationnel plus intense (par exemple, une étoile à neutrons) lorsqu'il est observé à partir d'un champ de gravitation plus faible (par exemple la Terre), alors que de toute évidence la gravité blueshift il est produit par la situation inverse, à savoir l'émission d'ondes électromagnétiques dans un champ gravitationnel plus faible et de l'observation dans un champ gravitationnel plus grande.

le déplacement et les formules Origine

Le redshift de la lumière émise par une source, comme cela a déjà discuté, peut, selon les modèles actuels de la physique, être causée par trois phénomènes:

  1. L 'effet Doppler en raison de la suppression de la source
  2. L 'expansion de l'univers, ce qui crée un nouvel espace entre la source et l'observateur, ce qui augmente la longueur d'ondes
  3. effets gravitationnel des corps massifs, tels que quasar et trous noirs

Un autre modèle, le redshift des spectres des galaxies lointaines peut être expliquée par le 'effet Compton et bremsstrahlung.[15][16][17] Dans la relativité générale peut être obtenu plusieurs formules importantes redshift inhérentes à certaines géométries particulières de l'espace-temps, tel que résumé dans le tableau ci-dessous. Dans tous les cas, la forme du déplacement (la valeur de ) Il ne dépend pas de la longueur d'onde.

tableau récapitulatif
type de redshift géométrie formule[18]
relativiste Doppler spacetime Minkowski (Espace-temps plat)
pour petit

pour les mouvements dirigés radialement.
pour des mouvements dans une direction orthogonale[19].

redshift cosmologique FLRW espace-temps
redshift gravitationnel tout l'espace-temps stationnaire (Par exemple, la Schwarzschild métrique)
(Pour Schwarzschild espace-temps, )

effet Doppler

redshift
effet Doppler; jaune (~ 575 nm) La balle est plus verte (décalage vers le bleu à ~ 565 nm) à l'approche de l'observateur, tourne orange (décalage vers le rouge à ~ 585 nm) lorsqu'il est passé, et devient jaune quand il est encore. Pour observer ces changements, l'objet doit se déplacer à peu près à une vitesse de 5200 km / s, soit environ 75 fois plus rapide que la vitesse d'enregistrement de la sonde spatiale la plus rapide faite par l'homme.

Comme nous l'avons décrit ci-dessus, si une source se déplace vers un observateur se produit un changement vers le bleu, tandis que si elle se éloigne, nous sommes en présence d'un redshift. Ce phénomène, qui est valable pour toutes les ondes électromagnétiques, est expliquée grâce à l'effet Doppler, raison pour laquelle il est appelé effet relativiste Doppler.

Si l'observateur se éloigne de la source à des vitesses de telle sorte que les deux " redshift est donnée par

    (étant )

En effet, la fréquence Doppler classique de la source ne soit pas modifiée malgré la diminution apparente du même.

Une discussion plus approfondie du redshift Doppler rend nécessaire d'examiner les effets relativistes liés au mouvement des sources avec des vitesses proches de celle de la lumière. Dans ce cas, nous devons considérer la dilatation du temps de la relativité restreinte et modifier la formule ci-dessus par l'insertion, facteur de Lorentz effet Doppler dans la formule, l'obtention (uniquement pour des mouvements le long de la ligne de jonction)

Ce phénomène a été observé pour la première fois en 1938 par Herbert E. Ives et G. R. Stilwell dans l'expérience que l'on appelle Ives-Stilwell[12].

Notez que le facteur de Lorentz ne dépend que du module de la vitesse, donc, le redshift associé ne dépend pas de l'orientation des sources mobiles. En revanche, la partie classique de la formule dépend de la projection du mouvement le long de la ligne reliant la source, ce qui conduit à des résultats différents pour des orientations différentes. si Il est l'angle entre la direction du mouvement relatif et de la direction d'émission dans le système de référence de l'observateur[20], l'effet Doppler forme complète est relativiste

et pour des mouvements qui se déroulent entièrement le long de la ligne de jonction () L'équation se réduit à

Si dans le système de référence de l'observateur[21], nous obtenons le redshift soi-disant transversale

Une telle redshift est mesurée même si l'objet se éloigne de l'observateur. En outre, chaque fois que la source est en mouvement vers l'observateur avec une composante transversale par rapport au mouvement alors il y aura une certaine vitesse à laquelle la dilatation du temps efface la blueshift attendue et à une vitesse plus élevée de la source approche se déplacera vers le rouge.

Expansion de l'espace

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: cosmologique Redshift.

Dans la première partie du XXe siècle ont été les premières mesures du mouvement est vers le rouge au bleu qui a produit par les galaxies situées au-delà de la voie lactée fait par les scientifiques comme Slipher, Hubble et bien d'autres. Une première interprétation associée à ces phénomènes dans des mouvements aléatoires, mais plus tard, Hubble a découvert une relation approximative entre l'augmentation du redshift et l'augmentation de la distance entre les galaxies. Presque immédiatement les théoriciens ont réalisé que ces observations pourraient être expliquées par un mécanisme trouvé dans certaines solutions cosmologiques équations de champ d'Einstein de la relativité générale. La loi de Hubble, qui, comme nous l'avons vu des liens redshift à la distance, il est nécessaire pour tous les modèles qui impliquent 'expansion de l'univers. Par conséquent, la longueur d'onde de la lumière qui se propage à travers un espace d'expansion devient plus longue, ce qui donne lieu à la redshift cosmologique.

Une distinction est faite entre un décalage vers le rouge qui se produit dans un contexte cosmologique et objets Doppler produit locaux dans leur voisinage. Ce cosmologique, plutôt que d'être une conséquence des vitesses relatives, qui sont liés par les lois de la relativité restreinte, est le résultat d'une propriété globale de la métrique de l'espace-temps dans lequel se déplacent les photons. Une interprétation est que l'espace se développe[22]; en conséquence, la distance entre deux galaxies peut présenter une augmentation de plus .

Dérivation mathématique

La description mathématique de cet effet peut être obtenu par les équations de la relativité générale concernant un univers isotrope et en expansion.

Pour ce faire, il utilise l'équation géodésique pour une onde électromagnétique

  • Il est l'intervalle spatio-temporelle
  • Il est l'intervalle de temps
  • Il est l'intervalle spatial
  • Il est la vitesse de la lumière
  • est le facteur d'échelle cosmique en fonction du temps
  • est la courbure par unité de surface

Pour un observateur qui regarde la crête d'une vague de lumière à une position à la fois , que la crête a été émis au moment dans le passé et à une distance . En intégrant sur toute la trajectoire parcourue par la lumière dans l'espace et dans le temps que nous obtenons

En général, la longueur d'onde de la lumière est pas la même dans les deux positions spatio-temporelles considérées en raison de changements dans les propriétés de la métrique. Lors de l'émission, la vague avait une longueur . La crête suivante est émise à un moment

L'observateur voit cette crête de longueur d'onde arriver à un moment

Parce que la crête suivante est toujours émise par et il est surveillé par , nous pouvons écrire

Le second élément des deux équations intégrales ci-dessus est identique, pour lequel

Après quelques manipulations mathématiques

Nous constatons que:

Pour de très petits changements dans le facteur d'échelle de temps, il est à peu près constant au fil du temps, afin que nous puissions le sortir de l'ensemble. Nous obtenons donc

qui peut être écrit

Tirant parti de la définition donnée ci-dessus redshift on obtient l'équation

Dans un univers en expansion (à savoir celui où nous sommes) le facteur d'échelle croît de façon monotone au fil du temps, donc Il est positif et les galaxies lointaines sont décalées vers le rouge.


En utilisant le modèle d'expansion de l'Univers peut être connecté à l'redshift à l'âge d'un objet observé dans le rapport que l'on appelle Redshift - Météo Cosmic. les deux le rapport de densité

avec densité critique qui marque la ligne de démarcation entre un univers en expansion et qui, à la fin, se replier. Cette densité est d'environ trois atomes d'hydrogène par mètre cube[23]. Pour les grandes redshift est que

Il est aujourd'hui constante de Hubble et Il est le redshift[24][25][26].

Distinction entre les effets locaux et cosmologique

Pour le redshift cosmologique Il est très différent de la norme loi de Hubble, en raison de changements vers le rouge ou le bleu en raison de l'effet Doppler supplémentaire causé par les mouvements particuliers des galaxies par rapport à d'autres[27].

Le décalage spectral des galaxies comprend à la fois une composante due aux mouvements propres (effet Doppler) est due à l'expansion de l'univers. Celui-ci dépend de la vitesse de régression avec un mode qui varie en fonction du modèle choisi pour décrire la même extension, ce qui est significativement différente de la façon dont le décalage spectral Doppler dépend de la vitesse locale[28]. En décrivant comment le redshift est originasse par l'expansion de l'univers, Edward Robert Harrison a déclaré: « La lumière laisse une galaxie, qui est stationnaire dans sa région locale de l'espace, et la fin est reçue par des observateurs fixes aussi dans leur région locale de l'espace. Entre la galaxie et l'observateur de la lumière passe à travers de vastes régions où l'espace est en expansion. par conséquent, toutes les longueurs d'onde de la lumière augmente en raison de l'expansion elle-même ".[29]

La littérature utilise souvent l'expression « Doppler Redshift » au lieu de « cosmologique Redshift » pour décrire le redshift des galaxies causées par l'expansion de l'espace-temps, mais le redshift cosmologique ne peut pas être obtenue en exploitant l'effet Doppler équations relativistes (relativité restreint)[30]; il c} « /> Il est interdit, alors qu'il est possible redshift cosmologique parce que l'espace qui sépare les objets peut croître plus rapidement que la lumière. Mathématiquement, le point de vue selon lequel « les galaxies lointaines dérive » ou le point de vue selon lequel « l'espace entre les galaxies est en expansion » est simplement un effet de changement de coordonnées et nécessite l'utilisation de la métrique de Friedmann -Robertson-Walker.

Si l'univers est en expansion plutôt que de les contractants, nous ne verrions pas des galaxies lointaines redshift mais vers le bleu.

redshift gravitationnel

redshift
Représentation graphique d'un décalage vers le rouge en raison des effets de la gravité
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Déplacement vers le rouge gravitationnel.

La théorie de la relativité générale prédit la dilatation du temps dans un puits de gravité. Cela va sous le nom de gravitationnelles Redshift Redshift ou Einstein[31].

Le redshift gravitationnel ont été proposées comme explication des redshift quasars sixties, mais aujourd'hui cette explication est rejetée par la plupart des astrophysiciens.

On peut tirer une première formule approximative du redshift gravitationnel faible expression dell 'énergie potentielle gravitationnelle

et de la définition du décalage spectral gravitationnel, selon lequel un photon qui émerge du champ de gravitation, produite par exemple par une étoile, perd de l'énergie et présente par conséquent un décalage vers le rouge qui dépend de l'intensité du champ de gravitation mesurée au niveau du point où se trouve le photon. De l'expression de l'énergie relativiste

Nous dérivons la masse équivalente hypothétique du photon:

à partir de laquelle on obtient l'énergie déchargée d'un photon dans un champ gravitationnel:

Par conséquent, un photon produit par exemple sur la surface d'une étoile de masse M, qui se déplace à une distance r dans le champ gravitationnel de la même, aura une énergie égale à la différence entre la première, dit , et l'énergie dissipée dans le champ de gravitation :

à partir de laquelle l'expression de l'effet gravitationnel doppler:

par conséquent, celle du redshift gravitationnel:

En réalité, la dérivation théorique de cet effet résulte de la solution de Schwarzschild des équations de champ d'Einstein et conduit à la formule suivante (exact) du décalage spectral associé à un photon qui se déplace dans un champ de gravitation générée par une masse à symétrie sphérique, irrotationnel et gratuitement

  • Il est la constante gravitationnelle
  • Il est la masse du corps qui a généré le champ gravitationnel
  • est la coordonnée radiale de la source (analogue à la distance classique à partir du centre de l'objet, mais il est à toutes fins utiles, un Schwarzschild coordonné)
  • Il est la vitesse de la lumière

La solution de départ obtenue par les potentiels gravitationnels coïncide avec le développement de Taylor arrêté au premier ordre pour la variable

,

Vous pouvez obtenir l'équation exacte par la relativité restreinte et la prise en charge du principe d'équivalence, sans avoir recours à la théorie de la relativité générale[32].

L'effet est très faible mais mesurable sur la Terre par 'Mössbauer et il a été détecté pour la première fois dans l'expérience de Pound-Rebka[33]. Dans tous les cas, il est proche d'un trou noir, et en particulier l'approche d'un objet à l'horizon des événements, que le redshift devient infinie.

Observations en astronomie

peut être mesurée redshift observée en astronomie parce que le spectres de émission et absorption de atomes Ils sont distincts et nous bien connu grâce à des expériences spectroscopiques. Lors de la mesure du décalage spectral de raies d'émission et d'absorption d'un seul objet astronomique se trouve que Il est étonnamment constante. Cela peut être expliqué, bien que les objets éloignés prouvent confus et peu de lignes, par des mouvements évasées thermiques ou mécaniques de la source. Pour ces raisons et d'autres, les astronomes conviennent que le redshift qui est observée est due à la combinaison des trois formes décrites de redshift. D'autres hypothèses ou les tentatives d'explication ne sont pas généralement considérés comme plausibles.

Une mesure spectroscopie Elle exige une intensité lumineuse suffisante mesurée, de sorte que dans de nombreux cas, il doit se contenter d'une mesure photométrique, qui détecte la luminosité des objets éloignés à travers les filtres optiques et peuvent donc être utilisés aussi pour les sources de faible intensité. Donc, si les seules données disponibles sont photométrie (par exemple Champ profond de Hubble ou Hubble Ultra-champ profond), Les astronomes comptent sur une technique de mesure redshift photométriques[34]; dans ce cas, en raison de divers facteurs, y compris la prise en charge nécessaire de la nature du spectre à la source, les erreurs peuvent atteindre même , et ils sont beaucoup moins fiables que les mesures spectroscopiques. Cependant photométrie nous permet au moins d'avoir une caractérisation qualitative d'un redshift.

Commentaires locaux

Pour les objets au sein de la Voie Lactée les déplacements observés sont toujours par rapport à la composante de la vitesse du corps le long de la ligne joignant l'observateur et le corps lui-même. Ces redshift et bleu ont permis aux astronomes de mesurer les vitesses et les masses d'paramétrisent étoiles en orbite autour de binaire spectroscopique, comme il l'a fait en 1868 pour le premier astronome William Huggins[5]. De même, les petits redshift cosmologique redshift détectés dans les mesures spectroscopiques concernant une seule étoile signifiait que les astronomes ont pu étudier la présence de systèmes planétaires autour d'autres étoiles, et d'effectuer des mesures différentielles très détaillées de redshift au cours transits planétaires pour déterminer les paramètres précis orbital[35].

D'autres mesures extrêmement détaillées du redshift sont exploités héliosismologie d'étudier précisément le mouvement de photosphère le Soleil[36].

Le redshift est également utilisé pour les premières mesures de la vitesse de rotation des planètes[37],la vitesse des nuages ​​interstellaires[38], la rotation des galaxies[2] et la dynamique des disques d'accrétion Les étoiles à neutrons et noirs trous qui montrent à la fois un redshift gravitationnel Doppler[39]. En outre, la température de divers objets émettre ou absorber peuvent être obtenues par des mesures dell 'élargissement Doppler, à savoir un décalage vers le rouge ou blueshift sur une raie d'émission unique ou absorption. En mesurant l'expansion de ligne 21cm d'hydrogène neutre à partir de différentes directions astronomes ont obtenu la vitesse de récession de gaz interstellaire, qui à son tour fournit la vitesse de rotation de la voie lactée. Des mesures similaires ont été réalisées sur d'autres galaxies comme Andromède.

observations extragalactiques

redshift
Le graphique montre un ensemble de mesures cosmiques de rayonnement d'arrière-plan (points de couleur) par rapport à la courbe théorique d'une émission de corps noir. Les différentes couleurs indiquent les différentes mesures effectuées. Les données expérimentales sont en parfait accord avec la courbe de corps noir.

Les objets les plus éloignés montrent un changement vers plus rouge conformément à la loi de Hubble. Le redshift supérieur, ce qui correspond à la plus grande distance et la vieillesse est celle de rayonnement de fond cosmologique, avec une valeur d'environ ( correspond à nos jours) et montre l'état de l'univers il y a près de 13,8 milliards d'années, soit 379.000 ans après le moment initial du Big Bang[40].

Pour les galaxies plus lointaines que la Groupe local, mais à l'intérieur d'un millier mégaparsec, le redshift est approximativement proportionnelle à leur distance, un fait découvert par Edwin Hubble et connu comme la loi de Hubble. Étant donné que le décalage vers le rouge est causée par le mouvement de la source (ou l'expansion de l'espace qui sépare l'observateur et la source), le sens est que les galaxies plus lointaines sont, plus vite ils se éloignent de nous.

La loi de Hubble est une relation linéaire entre la distance et décalage vers le rouge, mais suppose que la vitesse d'expansion de l'univers est constante. Lorsque l'Univers était plus jeune, le taux d'expansion (et donc la « constante » Hubble), il était plus grand. Ainsi, pour les galaxies les plus lointaines dont la lumière a dû voyager beaucoup plus pour nous rejoindre, le rapprochement des taux d'expansion constante va à la pourriture et la loi de Hubble devient une relation intégrale non linéaire et dépendant de l'histoire du taux d'expansion à partir de la question de la lumière de la galaxie en question. Vous pouvez donc profiter des observations de la relation de distance de déplacement vers le rouge pour déterminer l'histoire de l'expansion de l'Univers, et le contenu de la matière et de l'énergie.

Bien que nous croyions que la vitesse d'expansion de l'univers est allé diminuant de façon continue à partir du Big Bang, des observations récentes du rapport précité donnent à penser que, dans une époque relativement récente, même cette vitesse a commencé à augmenter.

redshift supérieur

À l'heure actuelle, des objets bien connus qui ont les plus hauts redshift des galaxies et les corps qui produisent des explosions les rayons gamma.

Les données les plus fiables sont celles spectroscopique et les plus élevés ont confirmé le passage vers le rouge, obtenu par des enquêtes spectroscopiques, est celle de la Galaxie GN-Z11, et , correspondant à 400 millions d'années après le Big Bang. Le précédent record de UDFy-38135539[41], avec , soit 600 millions d'années après le Big Bang.
Le quasar le plus lointain connu, Ulas J1120 + 0641, Il a un redshift .
L'Eros (objets extrêmement rouges), Qui est extrêmement objets rouges sont des sources de rayonnement astronomiques émettant dans le rouge et le proche infrarouge. Ils peuvent être des galaxies elliptiques ou starbursts galaxies très redshift avec une population stellaire beaucoup plus ancienne (et donc plus vers le rouge)[42]. Les objets les plus rouges sont appelés Eros Heros (Hyper objets extrêmement rouges)[43].

Il y a des événements caractérisés par redshift très élevé fourni par les physiciens, mais pas détectés jusqu'à présent, tels que le rayonnement de fond cosmologique de neutrinos, en provenance de deux secondes après le Big Bang (qui correspond à un redshift 10 ^ {10}} « />)[44] et le rayonnement cosmique de fond gravitationnelle (10 ^ {25}} « />)[45].

l'optique physique ou des effets de transfert radiatif

Les interactions et les phénomènes étudiés dans l'optique et de la physique du transfert radiatif peuvent produire des changements dans les longueurs d'onde et des fréquences de rayonnement électromagnétique. Ces changements peuvent être attribués à un transfert réel de l'énergie à des parties de la matière ou d'autres photons, et peut être issue d'effets de cohérence ou la dispersion du rayonnement électromagnétique à la fois des particules chargées élémentaires que les fluctuations de l'indice de réfraction dans un diélectrique comme il arrive dans le phénomène de siffleur[2].

Parfois, il fait référence à des phénomènes tels que les changements vers le rouge ou vers le bleu; néanmoins, en astrophysique des interactions entre la lumière et la matière produisant un transfert d'énergie du champ électromagnétique sont classés comme des phénomènes de « rougeur » (en anglais « rougissement ») plutôt que comme décalage vers le rouge, avec laquelle l'ensemble des phénomènes vont décrit visée nous avons discuté jusqu'à présent[2].

Nell 'interstellaire d'astronomie il est possible de voir un rougissement du spectre visible en raison d'un processus appelé rougissement interstellaire[2]; d'une manière similaire à celle diffusion Rayleigh est responsable à la fois la couleur bleue de la couleur rouge ciel nuages ​​pris en charge et d'autres objets pendant le lever ou le coucher du soleil. Dans ces cas, nous ne sommes pas en présence d'un changement vers le rouge parce que, dans les objets « rougies », les lignes spectroscopiques ne sont pas déplacées vers d'autres longueurs d'onde; En outre il y a une atténuation supplémentaire et la distorsion de la lumière en raison d'un processus de diffusion de photons.

implications cosmologiques

Le redshift a été le premier et le plus long instrument d'enquête de fonctionnement cosmologique disponible pour physique et les astronomesIl a généré mesure "univers, pour évaluer la 'accélération, âge et densité en moyenne. Il a permis de traiter le scénario de univers en expansion actuellement considérée comme une norme, qui, extrapolé dans le temps, conduit à une singularité, un point dans le temps où les distances étaient nul. La théorie qui décrit ces événements est celle de Big Bang. Il pense, cependant, qu'une théorie, encore inconnue, la la gravité quantique Il commencerait à fonctionner avant que les distances deviennent précisément zéro. Par exemple, dans la théorie des cordes, dessous de la longueur de Planck environ , la répulsion entre les mêmes cordes devient supérieure à un effet gravitationnel.

En outre, grâce aux redshift ont été acceptées par la plupart de la communauté scientifique des théoriesinflation. Toutefois, les données de la mission WMAP Ils ont mis en évidence, dans les harmoniques du rayonnement de fond, des valeurs étrangement faibles pour les harmoniques de quadrupôle et ottupolo, et pour ceux de l'ordre de 40 et 200, en plus de l'alignement des deux premières avec des paramètres terrestres, la système solaire et dell 'cluster local. Ces anomalies sont dues à des erreurs de mesure, ces charges ne sont pas considérés ou à un phénomène inconnu. Les erreurs semblent être exclus du déplacement partiel des anomalies de données COBE, bien que les meilleures estimations, ils auront les missions à venir. De même, les phénomènes d'absorption locale, pour diverses raisons, semblent être exclues. L'enquête reste donc ouverte, et il est possible révision des modèles cosmologiques actuels.

Le redshift et la variation des constantes physiques

Un examen intéressant est que, à l'heure actuelle, les raies spectrales ont jusqu'à présent été mesurée de manière relative et non absolue. Cependant, certains physiciens, ont souligné que les mesures absolues des raies spectrales pourraient révéler les changements α, la constante de structure fine: Si cela était varié au fil du temps, des raies d'absorption typiques seraient à des fréquences plus basses, d'autres à des fréquences plus élevées, ainsi que des plusieurs lignes auraient des écartements différents; ce comportement serait donc un bon test de variation α. en 2005, les premières mesures sur le sujet ont donné des résultats contradictoires, et la question reste ouverte.

notes

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  19. ^ Cet effet est également connu comme l'effet Doppler transversal. Il est une caractéristique typique de l'effet Doppler relativiste. En fait, si l'on écrit la formule en termes de fréquence nous obtenons
    .
    Il élargit la racine en série (basse vitesse) est obtenue
    .
    La présence du terme Elle indique un effet de second ordre, à savoir un effet relativiste qui ne dispose pas d'un analogue classique. En outre, il est à noter que dans le Doppler transversal est observe toujours une diminution de la fréquence.
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bibliographie

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