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Concernant la loi de Hubble, on utilise un système gazeux qui s’expand selon cette loi : une bulle émise par un scaphandre. Lorsqu’elle atteint la surface, la pression diminue et cette bulle s’agrandit. Sa taille est proportionnelle à l’inverse de la pression. Si un observateur était assis sur une molécule et observait les autres, il devrait constater, par rapport à lui, une vitesse d’échappement proportionnelle à la distance. Les activités subaquatiques ont quelque chose à voir avec la cosmologie.
L’univers est assimilé à un gaz en expansion. Mais les mouvements « propres » aléatoires, correspondant à des turbulences locales, introduisent un « bruit » lorsqu’on cherche à mesurer la vitesse radiale, correspondant à une distance donnée d. Par exemple, lorsqu’Hubble a mesuré les vitesses radiales des galaxies voisines, comme Andromède, qui se déplace vers nous, il a conclu que l’univers était en contraction. Mais il s’agissait simplement d’un effet local dû à des vitesses aléatoires.
Dans l’air que vous respirez, les molécules ont une vitesse aléatoire (vitesse thermique) proche de 400 m/s (remarquez qu’elle est proche de la vitesse du son).
De même, les vitesses aléatoires des galaxies, au sein de leurs amas, se situent entre 500 et 1000 km/s. Ainsi, pour évaluer correctement la vitesse d’échappement, il faut choisir un échantillon de galaxies suffisamment éloignées pour que leur vitesse radiale d’échappement dépasse cette vitesse thermique.
La mesure de la vitesse radiale est très facile et précise : elle repose sur le décalage vers le rouge. Mais la difficulté réside dans l’évaluation des distances. À quelle distance se trouvent ces galaxies par rapport à nous ?
Historiquement, les galaxies étaient d’abord appelées « nébuleuses ». Certains pensaient qu’elles étaient situées à l’intérieur de notre Voie lactée. Mais Hubble lui-même a résolu cette question en identifiant une céphéide dans Andromède, placée à une distance cosmologique : plus de deux millions d’années-lumière de nous.
À de grandes distances, il était très difficile d’isoler une céphéide dans ces régions sombres. Ainsi, l’évaluation des distances devenait une question d’appréciation. Pendant des années, la détermination de la constante de Hubble a été controversée. De nombreux chercheurs tendaient vers des valeurs compatibles avec les 15 à 20 milliards d’années des étoiles les plus anciennes de notre galaxie (issues des amas globulaires). Aux États-Unis, l’astronome français de Vaucouleurs a défendu et argumenté en faveur de valeurs différentes.
Tous les regards étaient tournés vers le télescope spatial Hubble. En 1993, celui-ci, doté de son œil unique et perçant, a découvert des céphéides dans des galaxies très éloignées, situées à dix millions d’années-lumière. À cette distance, les vitesses aléatoires étaient essentiellement masquées par la vitesse radiale globale.
— Génial, ont dit les astronomes. Nous allons obtenir une mesure précise de la constante de Hubble H₀ !
Mais, rapidement, l’aventure s’est transformée en tragédie. Entre 1993 et 1994, les mesures effectuées par Hubble sur ces galaxies, distantes de 48 et 55 millions d’années-lumière, ont révélé qu’elles étaient en réalité 40 % plus proches (par rapport aux estimations antérieures) ! Ainsi, l’âge de l’univers est devenu 40 % plus court : en 1994, Nature évoquait un âge de 8 à 9 milliards d’années……
Il était plus jeune que ses propres étoiles. Immédiatement, les astrophysiciens et cosmologistes ont tenté de sauver le vieux et bon Modèle Standard et se sont tournés vers la constante cosmologique, comme des pompiers face à un incendie cosmique intellectuel, cherchant nerveusement un extincteur.
Cette constante fut rapidement sorti de sa boîte à naphtalène et réactivée. Sur la figure (108), vous pouvez observer l’impact de cette constante sur l’expansion.
(108)
Certains astrophysiciens ont déclaré :
— Ces nouvelles mesures, réalisées par le télescope spatial Hubble, ne constituent rien d’autre qu’une méthode d’échelle pour la constante cosmologique. Désormais, nous connaissons sa valeur !……
Quelques années plus tard, que devient ce problème ?
Deux nouveaux faits : le satellite Hipparcos a effectué des mesures précises des étoiles lointaines à partir de la parallaxe. Ensuite, les astronomes ont recalibré les céphéides.
— Les objets sont plus éloignés que nous ne le pensions auparavant. Nous avons recalibré cela.
Andromède a été repoussée, de 2,5 milliards à 3,5 milliards d’années-lumière.
— Ouffff……
L’évaluation de l’âge des étoiles les plus anciennes de notre galaxie a elle aussi été révisée. Tout le monde a fait de son mieux.
Au passage, le modèle « univers interagissant avec un univers fantôme » (voir Physique géométrique A) offre une autre interprétation des mesures de H₀, conduisant à un univers plus ancien.
Version originale (anglais)
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About the Hubble's law they use a gas system which expands according to this law : a bubble emitted by an aqualung. When it reaches surface, the pressure becomes smaller and this bubble expands.Its size is proportional to the inverse of the pressure. If some observer was sitting on a molecule and observed the other, they should own, with respect to this observer, an escape velocity propotional to distance. Subaquatic activities has something to do with cosmology.
Universe is assimilated to an expanding gas. But random "proper move", corresponding to local turbulence, introduces a "noise" when one wants to measure the radial velocity, corresponding to a given distance d. For example, when Hubble measured the radial velocities of neighbouring galaxies, like Andromeda, which moves towards us, he concluded that the universe was shrinking. But it was just a local artifact, due to random velocities.
In the air you breath molecules have a random (thermal velocity) close to 400 m/s ( notice it is close to the sonic velocity).
Similarly the random velocities of galaxies, in their clusters, lies between 500 to 1000 km/s. So that if one wants to evaluate correctly the escape velocity, he has to choose a sample of galaxies far enough to have a radial escape velocity higher than this thermal velocity.
The mesurement of radial velocity is very easy and accurate. It is based on the red shift. But the difficulty is to evaluate the distances. How far are theses galaxies from us ?
Historically, the galaxies were first called "nebulae". Some people thought they were located inside our milky way. But Hubble himself answered this question, finding a cepheid in Andromeda, which was pushed at cosmological distant : more than two millions light-years far from us.
At large distances it was very difficult to isolate a cepheid in these gloomy spots.Then , the distance evaluation was a question of opinion. During years the evaluation of the Hubble's constant was controversial. Many tended to values which fit the 15-20 billions years of the oldest stars of our galaxies (from globular clusters). In US, the French astronomer de Vaucouleurs argued and tended to have different values.
All the eyes were fixed on the space telescope Hubble. In 1993 this one, with its sharp single eye, discovered cepheids in very distant galaxies, located at ten million light years. At such distance the random velocities were basically masked by the general radial velocity.
- Great, said the astronomers. We will have an accurate measure of the Hubble's constant Ho !
But, rapidly, the adventure transformed into a tragedy. From 1993 to 1994, Hubble's measurement of these galaxies, 48 and 55 light years distant, were 40 % found closer by (with respect to oldest distance evaluations) ! So that the age of the Universe became 40 % shorter. In 1994 Nature talked of 8-9 billion years......
He was younger than its own stars. Immediatly the astrophysicist and cosmologists tried to save the old good Standard Model and turned immediatly towards the cosmological constants, like firemen, facing a an intellectual cosmic fire, searching nervously for an extinguisher.
This constant was rapidly pulled out of its naphtalene and reactivated. On the figure (108) you can see the impact of this constant on the expansion.
(108)
Some astrophysicist said :
- These new measurements, performed by Hubble space telescope, is nothing but a method to scale the cosomological constant. Now, we know its value !....
Few years later, what about this problem.
Two new facts : The satellite Hipparcos had performed accurate measurements on distants stars, based on parallax. Then astronomers changed the cepheid calibration.
- The objects are farther than we thought before. We have recalibrated than.
Andromeda was pushed away, from 2.5 billions years to 3.5 billions years.
- Wouffff.....
The evaluation of the age of the oldest stars of our galaxy was revised too. Everybody did his best.
By the way, the model "universe interacting with a ghost universe" (see Geometrical physics A) gives another decoding of Ho's measurements, giving an oldest universe.