Quel âge a la plus ancienne lumière visible de la Terre?

Parce que la lumière ne peut voyager que très vite, toute la lumière que nous voyons dans le ciel a été émise à un moment précédent. Donc si par exemple nous voyons une supernova ou un autre grand événement stellaire, au moment où nous le voyons, il est peut-être fini depuis longtemps. Cela m'a rendu un peu curieux, quelle est la plus ancienne lumière que nous puissions voir de la terre?

L'univers est censé être âgé d'environ 13 milliards d'années, mais nous ne sommes probablement pas à la limite de l'univers connu, de sorte que toute la lumière que nous voyons a probablement moins de 13 milliards d'années. Alors, quelle est la plus ancienne lumière que nous pouvons voir? et comme question de suivi facultative, comment connaissons-nous l'âge de cette lumière?

J'imagine que la lumière elle-même n'est peut-être pas littéralement «ancienne», mais c'est probablement ce que je demande ici, autrement dit: quelle est la plus longue distance aujourd'hui parcourue par la lumière visible émise par la Terre pour atteindre la Terre? Bien que cette réforme de la question s'embrouille un peu avec les effets de lentille.

La plus ancienne lumière de l'univers est le fond cosmique à micro-ondes . Environ 380 000 ans après le Big Bang, protons et électrons se "recombinèrent" ¹ en atomes d'hydrogène. Avant cela, tous les photons se dispersaient parmi les électrons libres dans l'espace de remplissage du plasma, et l'univers était essentiellement opaque à la lumière. Une fois que la recombinaison a eu lieu, cependant, les photons ont pu se "découpler" des électrons et se déplacer dans l'espace sans entrave. Ce rayonnement de relique est encore observable aujourd'hui; il a été refroidi et refroidi.

Nous pouvons détecter la lumière d'objets très éloignés, et nous avons. Il est plus logique de parler de distance en termes de redshift ; plus le redshift est grand, plus un objet est éloigné. Il existe un certain nombre d'objets extrêmement redshift, dont certains ont eu leurs mesures confirmées, d'autres non. Les candidats incluent

• MACS0647-JD (redshift ), une galaxie très lointaine.$z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• UDFj-39546284 (décalage vers le rouge de à ), une autre galaxie ou protogalaxie (bien que sa distance soit incertaine et que sa nature exacte soit contestée).$z=10$$z=12$
• GN-z11 (redshift ), une galaxie lointaine très lumineuse.$z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

Tous ces objets se seraient toutefois formés des centaines de millions d'années après le Big Bang, de sorte que la lumière que nous voyons d'eux est bien plus "jeune" que celle du fond cosmique à micro-ondes.

^{1 Je n'ai jamais aimé l'utilisation dans ce contexte, car c'était la première fois qu'ils se combinaient; le "re" est un peu trompeur.}

Quelle est la plus ancienne lumière que nous puissions voir?

Le fond diffus cosmologique est considéré comme le plus ancien rayonnement électromagnétique détectable pour nous. C'est dans le spectre des micro-ondes, donc on ne peut pas le voir à l'œil nu, mais c'est capté par des "radiotélescopes". Nous l'appelons "lumière" au sens large.

Un aspect remarquable de ce rayonnement de fond est sa quasi-uniformité dans toutes les directions. Les astronomes pensent que l'uniformité est trop forte pour que la source soit vraiment un gros ballon, mais ce serait le cas si tout était aussi éloigné qu'il semble l'être.

Si elle était vraiment aussi grosse qu'elle en a l'air, il faudrait deux fois l'âge de l'univers pour qu'une partie soit affectée par l'autre! Au lieu de cela, les astronomes croient que ce que nous voyons est un très petit corps, qui est devenu plus grand; c'est pourquoi il se ressemble dans toutes les directions. Une partie de la croissance s'appelle l'expansion métrique de l'espace et a un sens différent de la croissance ordinaire.

Comment connaissons-nous l'âge de cette lumière?

L'âge de la lumière de fond cosmique ne peut être déterminé qu'indirectement , d'abord en sachant combien de temps s'est passé le Big Bang, puis en déterminant à quel moment la lumière a été émise au cours du Big Bang.

En comparant la vitesse à laquelle tout semble grossir avec la grosseur de tout, de la même manière que vous pourriez estimer le temps qu'il faudrait pour se rendre à un lieu donné en fonction de la vitesse de la route et de la distance, nous calculons la constante de Hubble . Cela nous aide à calculer le temps écoulé depuis le Big Bang.

En outre, il y a certains « ondes sonores » ( oscillations acoustiques de baryons ) où les vieilles choses que nous voyons, y compris l'arrière - plan cosmologique, plus lumineux et variateur de lumière avec un rythme, comme le pendule d'une horloge. Ils peuvent être mesurés soit de gauche à droite (pour déplacer des objets), soit en visionnant une vidéo (pour des objets fixes). Mesurer ces rythmes et les comparer à la constante de Hubble permet également de calculer le temps écoulé depuis le Big Bang.

Enfin, le fond micro-ondes présente des qualités physiques (température et densité, par exemple) qui nous permettent de déterminer le moment où il a été émis lors de la détente et du refroidissement du Big Bang. Ensemble, en utilisant tous ces calculs, nous définissons l’âge de la lumière de fond cosmique à micro-ondes.

Les astronomes estiment que ce calcul combiné (appelé "LCDM", "Lambda-CDM" ou "Big Bang Cosmology") est très bon, car les différents nombres s'alignent, pour la plupart * . Ils étaient heureux d'annoncer d'autres bons résultats en 2018, à la fin d'une étude intitulée Dark Energy Survey. Néanmoins, puisque LCDM inclut certaines hypothèses qui pourraient ne jamais être validées, et comme il existe encore des écarts inexpliqués, nous ne savons pas si un autre type de calcul serait préférable, à condition qu'il corresponde toujours aux mesures.

Comment savons-nous qu'il s'agit de la plus ancienne lumière?

Ce n’est qu’en pensant aux qualités physiques du fond diffus cosmologique et en pensant au moment où le Big Bang émet sa lumière que les astronomes l’ont identifiée comme la plus ancienne lumière possible dans l’univers, plus ancienne que n’importe quelle étoile ou galaxie. Cela ne nous dit pas quel âge il a par lui-même; En fait, les astronomes veillent toujours à ce qu'il ne s'agisse pas simplement d'une couche de poussière sur le télescope!

À quelle distance se trouve le fond cosmique des micro-ondes?

C'est une question très difficile à répondre. Selon Big Bang Cosmology, le fond cosmique des micro-ondes n’était pas "quelque part", mais il était partout. Et la distance parcourue depuis le Big Bang est différente du temps multiplié par la vitesse de la lumière, en raison de l'expansion métrique de l'espace. Ceci est le résultat de la contraction de longueur relativiste due à la vitesse à laquelle tout se déplace.

L'univers observable est-il plus jeune que le plus grand univers, en supposant qu'il existe?

Le calcul du temps écoulé depuis le Big Bang jusqu'à maintenant donne le même résultat, que vous considériez notre univers observable ou le plus grand univers qui puisse exister. C'est pourquoi l'âge de "notre" univers est le même que celui de "l'univers".

* Différentes études visant à déterminer la constante de Hubble ont donné une pause aux cosmologues ( lien 1 , lien 2 ); En fonction de la partie de l'univers que vous regardez, il peut être proche de 67 ou plus proche de 73 dans les unités standard.

Les scientifiques ont découvert une galaxie, nommée GN-z11 (déjà mentionnée par HDE 226868 ), qui existait à peine 400 millions d'années après le Big Bang, il y a environ 13,3 milliards d'années:

La galaxie la plus éloignée bat encore un record de distance cosmique

La découverte d'une star de 10 milliards d'années a été annoncée la semaine dernière:

Étoile la plus éloignée jamais vue de Hubble

Voici une liste d'objets astronomiques distants sur Wikipedia .

Vous avez posé deux questions en utilisant la sémantique:

• "Quel âge a la plus ancienne lumière visible de la Terre?"

De la réponse de @ Pela à: Pourquoi existe-t-il une différence entre l'horizon des événements cosmiques et l'âge de l'univers? - Ainsi, dans environ 100 millions d'années, la lumière la plus éloignée nous parviendra, à partir de plus de 116 millions d'années-lumière.

Le 16 Gly que la distance à l'horizon des événements est aujourd'hui est en quelque sorte une coïncidence. Cela n'a rien à voir avec l'âge de l'univers. Cela ne dépend que de l'expansion future de l'Univers, qui à son tour dépend des densités des composants de l'Univers (Ωb, ΩDM, ΩΛ, etc.). Si l'univers était dominé par la matière (ou le rayonnement), alors il n'y aurait pas d'horizon des événements: aucune galaxie, si éloignée que ce soit, ne nous serait pas visible, si nous avions juste la patience d'attendre. Une galaxie est à 10 000 milliards d'années-lumière? Attendez juste assez longtemps (exactement combien de temps dépend de la densité réelle).

Cependant, notre univers est dominé par l'énergie noire, ce qui accélère l'expansion sans frontières. Cela signifie malheureusement que la lumière sortant aujourd'hui d'une galaxie de 17 Gly sera emportée par l'expansion plus rapidement qu'elle ne peut se déplacer vers nous. En revanche, la lumière émise aujourd'hui par une galaxie éloignée de 15 Gly voyagera dans notre direction, mais s'éloignera néanmoins initialement de nous en raison de l'expansion. Cependant, sa trajectoire vers nous rend ce taux d’expansion plus petit et plus petit (car le taux d’expansion augmente avec la distance qui nous sépare), et après un certain temps, il aura parcouru un tel chemin qu’il a surmonté l’extension et commence à diminuer éventuellement nous atteindre après 100 Gyr ou plus.

• "Je suppose que la lumière elle-même n'est peut-être pas réellement" ancienne ", mais c'est probablement ce que je demande ici, autrement dit: quelle est la plus longue distance parcourue actuellement par la lumière visible émise par la Terre pour atteindre la Terre? de la question devient un peu enchevêtré avec des effets de lentille? "

Oui, c'est une question totalement différente ...

Voir l'un des plus anciens articles: " Confusion croissante: idées fausses courantes sur les horizons cosmologiques et l'expansion superluminale de l'univers " de Davis et Lineweaver (2003).

Travaux récents:

" Le passé et l'avenir partagés des événements cosmologiques ", par Friedman, Kaiser et Gallicchio (2013).

" Conclusion: ... Alors que les densités spatiales observables des galaxies, des amas, et donc des quasars, semblent refléter les corrélations établies au cours de l'inflation, la question de savoir si les événements de l'ère inflationniste se sont produits à des endroits spécifiques - où les galaxies hôtes du quasar se sont ultérieurement formées - pourrait produire un signal de corrélation observable entre des paires d’événements ultimes d’émission de quasars dans ces mêmes lieux de résidence, des milliards d’années après l’impression des perturbations de la densité inflationniste.

En conclusion, nous notons que toutes nos conclusions reposent sur l'hypothèse que l'historique d'expansion de notre univers observable, au moins depuis la fin de l'inflation, peut être décrit avec précision par la relativité générale canonique et une FLRW simplement connectée et non compacte. métrique. Ces hypothèses sont cohérentes avec la dernière recherche empirique de topologie non triviale, qui n'a trouvé aucun signal observable de topologie compacte pour des domaines fondamentaux allant jusqu'à la taille de la surface de la dernière diffusion.

Figue. 1. Diagramme conforme montrant la distance parcourue, dans Glyr, en fonction du temps de conformité, dans Gyr, dans le cas où les événements A et B apparaissent de part et d'autre du ciel vus de la Terre (α = 180 °). L'observateur est assis sur la Terre à au moment conforme actuel . La lumière est émise par A en ( ) et par B en ( ); les deux signaux atteignent la Terre le long de notre passé lumière en ( ). Les cônes lumineux issus des événements d'émission (rouge et bleu pour A et B, respectivement) se coupent en ( ) et se chevauchent pour (région violette). Pour redshifts$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$et et une cosmologie ΛCDM plate avec des paramètres donnés dans Eq. (11), les événements sont situés à des distances de communication Glyr et Glyr, avec émission aux temps de conformité et Gyr. Les anciens faisceaux lumineux se croisent à l'événement AB à Glyr à l'heure gyr, tandis que l'heure actuelle est gyr$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$$R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$. L'horizon des événements cosmiques (ligne séparant les régions jaune et grise) et les cônes de lumière orientés pour l'avenir des événements A et B (lignes fines en pointillés) et de l'origine (0,0) (lignes épaisses en pointillés) sont également illustrés. Dans une cosmologie ΛCDM comme la nôtre, les événements dans la région jaune en dehors de notre passé lumineux actuel sont comme un espace séparé de nous aujourd'hui mais seront observables dans le futur, tandis que les événements dans la région grise en dehors de l'horizon des événements sont comme un espace séparés des observateurs. sur terre pour toujours. Des échelles supplémentaires indiquent le décalage vers le rouge (axe horizontal supérieur) et le temps mesurés par le facteur d'échelle et par le temps correct (axe vertical droit) mesurés par un observateur au repos dans un lieu de communication fixe.$a(τ)$$t$

Voir aussi: " Horizons causals dans un univers qui rebondit ", par Bhattacharya, Bari et Chakraborty (2017):

" Conclusion: Le présent travail montre que le problème de la causalité dans l’univers qui rebondit est intrinsèquement lié à la compréhension des différentes phases de l’univers pendant la phase de contraction. Comme notre compréhension de la phase de contraction est purement spéculative à l’heure actuelle, les modèles que nous utilisons pour comprendre Les auteurs du présent document estiment que, bien que le problème de causalité des modèles d’univers qui rebondissent soit loin d’être résolu, le présent article montre les difficultés qualitatives et quantitatives qu’il faut contourner à l’avenir pour produire des résultats plus significatifs. . ".

Réponse courte: il fait 46,9 milliards d'années lumière . Une autre page de Wikipedia dit: 46,6 milliards d'années-lumière . Les experts ci-dessus calculent 46.2.

Cet article de CNN du 2 avril 2018 dit:

Les scientifiques détectent une "empreinte digitale" de la première lumière dans l'univers "

À la suite du Big Bang, les physiciens pensent qu'il n'y a eu que l'obscurité dans l'univers pendant environ 180 millions d'années, une période connue par les scientifiques comme "l'âge des ténèbres".

Je pense donc que votre réponse pourrait être que le Big Bang + 180 millions d'années est la plus ancienne lumière que nous puissions voir.