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Décalage vers le rouge et loi de Hubble – mesurer H₀, l'âge de l'Univers et les preuves du Big Bang

PhysiqueGravitation et astronomie15–16 ans

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Mesurez le décalage vers le rouge z = Δλ/λ₀ des raies d'absorption dans les spectres de galaxies, calculez la vitesse d'éloignement v = cz et la distance grâce à une chandelle standard (une supernova de type Ia), notez les résultats et tracez v en fonction de d pour trouver la constante de Hubble H₀ et l'âge de l'Univers ≈ 1/H₀. Trois autres écrans montrent l'espace en expansion qui étire la longueur d'onde de la lumière, le spectre de corps noir du fond diffus cosmologique avec le rapport hydrogène–hélium, et l'effet Doppler dans le spectre d'une étoile double.

Leçon : Décalage vers le rouge des galaxies, loi de Hubble et théorie du Big Bang

Ce qu’elle montre

La lumière des galaxies lointaines arrive décalée vers les grandes longueurs d'onde. En comparant les raies d'absorption d'une galaxie aux mêmes raies mesurées en laboratoire, on obtient le décalage vers le rouge z = Δλ/λ₀ ; pour z petit, la vitesse d'éloignement vaut v ≈ cz. Les distances viennent de chandelles standard : une supernova de type Ia a une luminosité maximale connue, donc son flux mesuré donne d = √(L/4πF). Le graphique de v en fonction de d est une droite passant par l'origine, la loi de Hubble v = H₀d ; sa pente est la constante de Hubble et 1/H₀ estime l'âge de l'Univers.

Mode d’emploi

Dans Mesurer le décalage, touchez une galaxie dans le ciel, choisissez une Raie de comparaison, puis faites glisser le curseur jaune sur la raie décalée du spectre de la galaxie ; affinez dans la bande agrandie ou avec ◀ et ▶. Touchez Noter le résultat et recommencez avec plusieurs galaxies ; le graphique ajuste H₀. Décochez Dispersion réaliste pour des données idéales. Les autres onglets montrent l'expansion de l'espace, le CMB dans le passé et une étoile double.

Paramètres modifiables

  • Écran Mesurer le décalage, Univers en expansion, Preuves du Big Bang, Binaire spectroscopique
  • Constante de Hubble du modèle H₀ 50–100 km/s/Mpc
  • Dispersion réaliste (vitesses propres, erreurs de distance)
  • Vitesse orbitale de l'étoile A 10–150 km/s

Questions à explorer

  1. Pourquoi les points mesurés ne sont-ils pas exactement alignés, et comment réduire l'effet de la dispersion ?
  2. Comment changerait l'âge estimé de l'Univers si H₀ était plus grand ?
  3. Si vous étiez dans une autre galaxie, sembleriez-vous au centre de l'expansion ? Pourquoi ?

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