Aujourd'hui, je vous explique le "décalage vers le rouge" !


Peut être que ça ne vous dit strictement rien, ou peut être que, si vous vous intéressez de loin ou de près à l'astronomie, vous avez déjà entendu ce terme. Mais savez-vous réellement ce que ça signifie, ce "décalage vers le rouge" ?


Je vais commencer par quelques petits rappels faisant appel au programme de physique de seconde (et je rajouterai quelques petits éléments).

Comme vous le savez sans doute, la lumière est issue d'un rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement peut être assimilé à une onde, assimilable aux ondes qu'on peut apercevoir en lançant un caillou dans de l'eau par exemple. Ces ondes sont caractérisées par leur longueur d'onde, c'est à dire la distance entre deux crêtes. ( exemple :
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/fr/c/c5/Longueur_d%27onde.png
)
Les grandes longueurs d'ondes correspondent aux ondes radios, les longueurs d'ondes très petites correspondent aux rayons X et rayons gamma. Quant à la lumière visible, ce sont toutes les longueurs d'ondes situées entre 400 et 700 nanomètres. Celles proches de 400 correspondent au violet et au bleu, celles proches de 700 correspondent au rouge.
http://www.piaf-archives.org/sections/volet_se_former/formation/module_08/images/s3/spectre/preview



En astronomie, on a un moyen très simple de connaître la composition d'une étoile très éloignée : On étudie le spectre de sa lumière, c'est à dire la décomposition de la lumière provenant de cette étoile. Chaque élément différent constituant l'atmosphère de l'étoile a la particularité d'absorber certaines longueurs d'ondes. Cette lumière a traversé l'atmosphère de l'étoile en question, et suivant la composition de l'atmosphère de l'étoile, il manquera des petites bandes noires sur le spectre qui nous indiquent quels sont les élements qui la composent.

Et c'est maintenant que ça devient intéressant
Vers les années 20, les astronomes ont commencé, grâce à des téléscopes plus puissants, à observer les étoiles d'autres galaxies. Ils ont retrouvé les mêmes spectres caractéristiques que ceux des étoiles de notre galaxies, mais les fameuses "bandes noires" de ces spectres étaient décalés vers la couleur rouge. Ça peut paraître insignifiant, mais c'est l'origine de l'une des plus grandes découvertes du XXème siècle.
Ce phénomène est ce qu'on nomme "l'effet Doppler".

Comme je l'ai déjà dit, la couleur rouge correspond à des longueurs d'ondes plus grandes que les autres couleurs. Quand on observe les étoiles des galaxies lointaines, on observe donc des longueurs d'ondes plus grandes que ce qu'elles devraient être.
Imaginez une source de lumière (une étoile) située à une distance constante de nous, émettant des ondes de lumière à une fréquence constante. Les ondes que nous recevrons auront la même fréquence qu'au moment où elles ont été émises par l'étoile.
Maintenant, supposons que cette source de lumière se mette à avancer vers nous : Quand elle émet la seconde onde lumineuse, la distance nous séparant de l'étoile aura diminué. On recevra donc le deuxième signal lumineux plus tôt que dans le cas où l'étoile était immobile. L'intervalle entre deux crêtes d'onde est donc plus petit : on a affaire à une longueur d'onde plus faible. La lumière qu'on recevra de cette étoile sera donc "décalée" vers la couleur bleue.
De même, si la source s'éloigne de nous, la longueur d'onde que l'on recevra sera plus grande, et la lumière sera décalée vers le rouge.


Ce phénomène, appelé "Effet Doppler", on en fait l'expérience tous les jours ! Pas avec la lumière, puisque ce n'est significatif qu'avec de très grandes vitesses. Mais avec les ondes sonores. Le son s'assimile aussi à des ondes, au même titre que la lumière.
Lorsque vous regardez passer une voiture dans la rue, par exemple, tant que la voiture s'approche de vous, les ondes sonores qu'elle émet vers vous ont une longueur d'onde plus faible : Vous entendez un son plus aigu. Quand elle passe devant vous et s'éloigne, elle produit un son plus grave. C'est exactement le même phénomène que pour la lumière.


Retournons à l'astronomie : Toujours dans les années 1920, un astronome nommé Edwin Hubble fit une découverte tout à fait révolutionnaire. Jusqu'ici, on croyait que le mouvement des galaxies était dû au hasard, il était donc tout à fait logique qu'on trouve à peu près autant de galaxies s'approchant de nous que s'éloignant. Hubble fit plusieurs mesures, en étudiant le spectre lumineux et la distance de plusieurs galaxies. Et il constata que presque toutes les galaxies avaient leur spectre décalé vers le rouge : C'est à dire qu'elles s'éloignent toutes de nous ! (En réalité, seule la galaxie d'Andromède a un spectre décalé vers le bleu : elle s'approche de nous).
Encore plus surprenant, c'est la découverte qu'a fait Hubble en 1929 : Hubble calcula que plus les galaxies se trouvaient loin de nous, plus elles s'éloignaient vite !
De ses calculs découla donc une conclusion que personne n'avait encore imaginé : L'univers n'est pas statique comme tout le monde le pensait, il est en constante expansion. Chaque point de l'univers s'éloigne de tous les autres points, proportionnellement à la distance séparant ces deux points.
Hubble détermina une constante, appelée "Constante de Hubble", qui permet de donner la vitesse d'éloignement de deux galaxies en fonction de la distance qui les sépare.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Hubble


Il s'agit là de l'une des plus grandes révolutions intellectuelles du XXème siècle