Loi de Hubble - Définition et Explications

Autres hypothèses proposées

Des réticences, initiées par Albert Einstein lui-même du fait de sa préférence pour un univers statique (voir univers d'Einstein), ont été formulées vis-à-vis de l'interprétation du décalage vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) en termes de fuite des galaxies ou d'expansion de l'espace. Aucune des alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié...) proposées n'est considérée comme viable aujourd'hui, en raison du manque de motivations théoriques sous-jacentes (il s'agit essentiellement de phénomènes ad hoc invoqués uniquement pour réinterpréter ces résultats, comme la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) fatiguée) et qui échouent à proposer un modèle cosmologique rendant compte de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) désormais disponibles (voir l'article expansion de l'univers). Par exemple, la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) de la lumière fatiguée échoue à expliquer le fait que le fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est le nom donné au rayonnement électromagnétique issu...) a un spectre de type corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend...).

Modifications à la loi de Hubble

Tant que l'on considère des galaxies dont la vitesse (On distingue :) de récession est faible, leur distance à un observateur varie peu entre le moment où elles émettent leur lumière et le moment où celle-ci est reçue par l'observateur. De même, tant que le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de propagation du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) lumineux est petit devant le temps caractéristique de l'expansion, le temps de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...), la vitesse de récession et le taux d'expansion varient peu sur cet intervalle. Ainsi, il n'y a pas d'ambiguïté dans la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) des quantités v, H0, et d. À grande distance, il convient de préciser ce que l'on entend par distance, et vitesse de récession. De plus, rien ne garantit a priori que la relation linéaire mentionnée plus haut reste valable. Il existe en fait des corrections à la loi de Hubble. Celles-ci jouent un rôle crucial en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) car elles permettent en principe de reconstituer directement l'histoire récente de l'expansion.

Si l'on appelle d la distance qui nous sépare actuellement de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) observé, on peut montrer que pour des décalages vers le rouge modérés, ces deux quantités sont reliées par la formule

z = \frac{H_0 d}{c} + \frac{1}{2} (1 + q_0) \left(\frac{H_0 d}{c}\right)^2,

où la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) q0 est le paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte...) de décélération de l'expansion, proportionnelle à la dérivée (La dérivée d'une fonction est le moyen de déterminer combien cette fonction varie quand la...) seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) du facteur d'échelle.

Cette relation est importante car elle permet de mesurer le paramètre de décélération et par suite déduire la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) des différentes formes de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) qui composent l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

En pratique, la quantité d n'est pas mesurable directement. Ce que l'on mesure, c'est soit la distance obtenue en comparant la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) apparente d'un astre à sa luminosité intrinsèque supposée connue, dL (on parle alors de distance de luminosité), soit la distance obtenu en mesurant son diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) apparent, sa taille réelle étant dans ce cas supposée connue, dA(on parle alors de distance angulaire). Dans ce cas, on exprime généralement les distances en fonction du redshift et non le contraire, et les formules s'écrivent :

d_L = \frac{c}{H_0} \left(z + \frac{1}{2} (1 - q_0) z^2\right),
d_A = \frac{c}{H_0} \left(z - \frac{1}{2} (3 +  q_0) z^2\right).

En pratique pour des objets lointains, on n'utilise pas les formules ci-dessus, qui ne sont valides que pour des petits décalages vers le rouge. Voir les articles distance angulaire (La distance angulaire est la plus petite distance entre deux points d'un cercle. Généralisée en...) et distance de luminosité pour plus de détails.

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