Le spectre de la lumière visible.
(Image: © NASA.)
Redshift et blueshift décrivent comment la lumière se déplace vers des longueurs d'onde plus ou moins longues lorsque les objets dans l'espace (comme les étoiles ou les galaxies) se rapprochent ou s'éloignent de nous. Le concept est essentiel pour tracer l'expansion de l'univers.
La lumière visible est un spectre de couleurs, clair pour quiconque a regardé un arc-en-ciel. Lorsqu'un objet s'éloigne de nous, la lumière est déplacée vers l'extrémité rouge du spectre, à mesure que ses longueurs d'onde s'allongent. Si un objet se rapproche, la lumière se déplace vers l'extrémité bleue du spectre, car ses longueurs d'onde raccourcissent.
Pour y penser plus clairement, suggère l'Agence spatiale européenne, imaginez-vous écouter une sirène de police alors que la voiture se précipite près de vous sur la route.
"Tout le monde a entendu l'augmentation de la tonalité d'une sirène de police qui s'approche et la forte diminution de la tonalité lorsque la sirène passe et recule. L'effet se produit parce que les ondes sonores arrivent à l'oreille de l'auditeur plus près les unes des autres à l'approche de la source, et plus éloignées au fur et à mesure qu'elles se rapprochent. recule ", a écrit l'ESA.
Son et lumière
Cet effet sonore a été décrit pour la première fois par Christian Andreas Doppler dans les années 1800 et est appelé l'effet Doppler. Étant donné que la lumière émane également dans les longueurs d'onde, cela signifie que les longueurs d'onde peuvent s'étirer ou se croiser selon la position relative des objets. Cela dit, nous ne le remarquons pas à l'échelle de la vie quotidienne, car la lumière se déplace beaucoup plus vite que la vitesse du son - un million de fois plus rapide, a noté l'ESA.
L'astronome américain Edwin Hubble (du nom du télescope spatial Hubble) a été le premier à décrire le phénomène de décalage vers le rouge et à le lier à un univers en expansion. Ses observations, révélées en 1929, ont montré que presque toutes les galaxies qu'il avait observées s'éloignaient, a déclaré la NASA.
"Ce phénomène a été observé comme un décalage vers le rouge du spectre d'une galaxie", a écrit la NASA. "Ce décalage vers le rouge semblait être plus important pour les galaxies faibles, probablement plus loin. Par conséquent, plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement de la Terre."
Les galaxies s'éloignent de la Terre parce que le tissu de l'espace lui-même est en expansion. Alors que les galaxies elles-mêmes sont en mouvement - la galaxie d'Andromède et la voie lactée, par exemple, sont sur une trajectoire de collision - il y a un phénomène global de décalage vers le rouge à mesure que l'univers s'agrandit.
Les termes redshift et blueshift s'appliquent à n'importe quelle partie du spectre électromagnétique, y compris les ondes radio, infrarouges, ultraviolettes, rayons X et rayons gamma. Ainsi, si les ondes radio sont déplacées dans la partie ultraviolette du spectre, elles sont dites décalées vers le bleu ou décalées vers les fréquences supérieures. Les rayons gamma décalés vers les ondes radio signifieraient un passage à une fréquence inférieure, ou un décalage vers le rouge.
Le décalage vers le rouge d'un objet est mesuré en examinant les raies d'absorption ou d'émission dans son spectre. Ces lignes sont uniques pour chaque élément et ont toujours le même espacement. Lorsqu'un objet dans l'espace se rapproche ou s'éloigne de nous, les lignes peuvent être trouvées à des longueurs d'onde différentes de celles où elles se trouveraient si l'objet ne se déplaçait pas (par rapport à nous). [Connexes: Faites votre propre spectroscope]
Le décalage vers le rouge est défini comme le changement de la longueur d'onde de la lumière divisé par la longueur d'onde que la lumière aurait si la source ne bougeait pas - appelée longueur d'onde de repos:
Trois types de redshift
Au moins trois types de redshift se produisent dans l'univers - de l'expansion de l'univers, du mouvement des galaxies les unes par rapport aux autres et du "redshift gravitationnel", qui se produit lorsque la lumière est déplacée en raison de la quantité massive de matière à l'intérieur d'une galaxie.
Ce dernier décalage vers le rouge est le plus subtil des trois, mais en 2011, les scientifiques ont pu l'identifier à l'échelle de l'univers. Les astronomes ont fait une analyse statistique d'un grand catalogue connu sous le nom de Sloan Digital Sky Survey, et ont constaté que le décalage vers le rouge gravitationnel se produit - exactement conformément à la théorie d'Einstein de la relativité générale. Ce travail a été publié dans un article de Nature.
"Nous avons des mesures indépendantes des masses de l'amas, nous pouvons donc calculer quelle est l'attente d'un décalage vers le rouge gravitationnel basé sur la relativité générale", a déclaré à l'époque l'astrophysicien Radek Wojtak de l'Université de Copenhague. "Il est exactement d'accord avec les mesures de cet effet."
La première détection du décalage vers le rouge gravitationnel est survenue en 1959, après que les scientifiques l'aient détecté se produisant dans la lumière des rayons gamma émanant d'un laboratoire basé sur la Terre. Avant 2011, il a également été trouvé au soleil et dans des naines blanches voisines, ou dans les étoiles mortes qui subsistent après que les étoiles de la taille du soleil ont cessé la fusion nucléaire tard dans leur vie.
Utilisations notables du redshift
Redshift aide les astronomes à comparer les distances des objets lointains. En 2011, les scientifiques ont annoncé qu'ils avaient vu l'objet le plus éloigné jamais vu - un sursaut gamma appelé GRB 090429B, qui émanait d'une étoile qui explose. À l'époque, les scientifiques estimaient que l'explosion avait eu lieu il y a 13,14 milliards d'années. En comparaison, le Big Bang a eu lieu il y a 13,8 milliards d'années.
La galaxie la plus éloignée connue est GN-z11. En 2016, le télescope spatial Hubble a déterminé qu'il existait à peine quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Les scientifiques ont mesuré le décalage vers le rouge du GN-z11 pour voir combien sa lumière avait été affectée par l'expansion de l'univers. Le redshift du GN-z11 était de 11,1, beaucoup plus élevé que le prochain redshift le plus élevé de 8,68 mesuré à partir de la galaxie EGSY8p7.
Les scientifiques peuvent utiliser le redshift pour mesurer la structure de l'univers à grande échelle. Un exemple de ceci est la Grande Muraille Hercules-Corona Borealis; la lumière met environ 10 milliards d'années pour traverser la structure. Le Sloan Digital Sky Survey est un projet de redshift en cours qui tente de mesurer les redshifts de plusieurs millions d'objets. La première enquête sur le redshift a été la CfA RedShift Survey, qui a achevé sa première collecte de données en 1982.
Un domaine de recherche émergent concerne la façon d'extraire des informations de décalage vers le rouge des ondes gravitationnelles, qui sont des perturbations dans l'espace-temps qui se produisent lorsqu'un corps massif est accéléré ou perturbé. (Einstein a suggéré pour la première fois l'existence d'ondes gravitationnelles en 1916, et l'observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO) les a détectées directement en 2016). Parce que les ondes gravitationnelles transportent un signal qui montre leur masse décalée vers le rouge, extraire le décalage vers le rouge de celui-ci nécessite un certain calcul et une estimation, selon un article de 2014 dans la revue à comité de lecture Physical Review X.
Note de l'éditeur: Cet article a été mis à jour le 7 août 2019 pour refléter une correction. Les ondes radio déplacées dans la partie ultraviolette du spectre sont décalées vers le bleu et non décalées vers le rouge.
