LE DECALAGE VERS LE ROUGE
Question de spectre
Chaque galaxie, lumineuse, émet un spectre visible de la Terre. Un spectre est une lumière, émise par une source comme, par exemple, une galaxie, et qui est un peu absorbée par certains éléments (ex.: le potassium absorbe la longueur d'onde 395 nm).On obtient alors, en décomposant la lumière à l'aide d'un prisme, ce fameux spectre allant du rouge au violet et présentant des raies noires qui sont les raies d'absorbtion des élements présents entre la source et le recepteur, en l'occurence, la galaxie étudiée et le télescope.
Le problème
Lorsque l'on observe ce spectre lumineux, très précisement, on remarque qu'il contient ces mêmes raies noires que lors d'experiences sur Terre, mais que celles-ci semblent s'être décalées vers les longueurs d'onde plus grandes, c'est à dire vers le rouge. Par exemple, notre potassium, dont la longueur d'onde "terrestre" est 395 nm présente, pour certaines galaxies, une raie d'absorbtion à 447 nm. De plus, plus les galaxies observées sont loingtaines, plus elle "rougissent". Les élements extraterrestres, à l'image de ce potassium, sont-ils donc différents de ceux présents sur notre planète ?
On voit bien, sur cet exemple, que la raie s'est décalée vers le rouge en passant du vert au jaune.
La simple explication : l'effet Doppler-Fizeau
O0, O1, O2 sont les positions de la galaxie aux instants t0 = 0, t1 = T et t2 = 2T
On a : O0 O1 = v.T avec "v" vitesse de la galaxie et "T" le temps : c'est le deplacement de la galaxie en T minutes, par exemple.
O0 A0 = c.t avec "c" célerité ( = vitesse de la lumière = 3.10^5km/s ) et "t" le temps mis par l'onde pour parcourir O0A0 : L'onde lumineuse parcoure la distance O0A0 en "t" temps.
O1 A1 = c(t-T) car l'onde issue de A1 est émise "T" temps après celle issue de A0.
D'où : A1 A0 = A0O0 + O0O1 - O1A1 = ct + vT-c(t-T) = ct + vT - ct + cT = T(v+c)
On obtient donc A1 A0 > O0O1, ce qui signifie que la longueur d'onde, c'est à dire la distance entre deux ondes, augmente. Les ondes prennent du "retard" les unes par rapport aux autres.
Problème 2
Mais, dira-t-on, pourquoi les galaxies s'éloignent-elles entre elles ? Certaines galaxies s'éloignent de la nôtre, statique, en se déplaçant à travers l'espace intersidéral avec une vitesse proportionnelle à la distance qui nous sépare d'elle ?
Eh bien non, absolument pas. Les galaxies, où qu'elles soient, sont statiques dans l'espace les environnant. C'est l'espace lui-même qui s'étend. Oh, un rien par cm d'espace, mais entre deux galaxies, il y a beaucoup de cm d'espace... Les raisons de ce gonflement, les chercheurs sont en train d'y travailler. Il semblerait cependant que ce soit à cause de la matière qu'il contient : un espace totalement vide se mettrait à gonfler dès qu'on le rempli un tant soit peu de matière, et notre univers n'est pas totalement vide : d'où le gonflement et donc, a fortiori, le décalage vers le rouge.
La vitesse de gonflement de l'espace est exprimée par la lettre H, dite paramètre de Hubble, son unité est le km/s/Mpc.
1 Mpc = 1 mégaparsec = 1 million de parsecs,
1 parsec = distance de la Terre à laquelle on voit le rayon de l'orbite de la Terre autour du Soleil sous un angle de une seconde de degré. Cela correspond à 3,26 années-lumière, ou 3100 milliards de km.
H vaut environ (on en est pas encore sûr), 65 km/s/Mpc. Cela correspond au gonflement, en 1 an, de 1000 km d'espace de l'épaisseur d'un cheveu... C'est très peu, mais l'espace est grand...
Conclusion
Force est de constater que les galaxies s'éloignent les unes aux autres (sans pour autant se déplacer...). Si l'on remonte dans le temps, l'espace se "rappetisse" jusqu'à ne devenir qu'un point, extrêmement dense et chaud : exacte correspondance avec la théorie du big-bang.
Ce décalage vers le rouge est l'un des piliers majeurs du big-bang.