Astronomie

Pourquoi l'horizon des événements cosmologique est-il plus proche de nous que l'horizon des particules ?

Pourquoi l'horizon des événements cosmologique est-il plus proche de nous que l'horizon des particules ?


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D'après ce que j'ai appris, l'horizon des événements cosmologique est l'horizon qui s'éloigne de nous à/plus que la vitesse de la lumière. Et l'horizon des particules est l'horizon auquel les particules à l'intérieur de l'horizon peuvent avoir un lien causal avec nous. C'est la distance maximale à partir de laquelle les particules auraient pu se rendre à l'observateur à l'ère de l'univers. Cela indique simplement une contradiction pour moi. Comment est-il possible que l'horizon des événements cosmologique soit plus proche ?


le horizon de particules marque la région à partir de laquelle nous avons pu recevoir la lumière. Il a commencé à zéro, parce que la lumière de nulle part avait eu le temps de nous atteindre, et a augmenté avec le temps parce que la lumière de plus en plus éloignée nous a atteint. En raison de l'expansion, sa taille physique augmentera toujours, mais en raison de la accéléré expansion, il y a une limite à la région de l'Univers à partir de laquelle nous pourrons jamais recevoir de la lumière. Aujourd'hui, l'horizon des particules est à 46 Glyr (milliards d'années-lumière) et la limite - dans un futur lointain - est la partie qui aujourd'hui est à 63 Glyr (mais dans un futur lointain sera beaucoup plus loin).

le horizon des événements peut être considéré comme un peu le contraire. A tout instant $t$, c'est la distance à partir de laquelle nous pourrons recevoir de la lumière. Si l'Univers ne contenait pas d'énergie noire, il n'y aurait pas de limite à la distance d'une galaxie et nous serions toujours capables de la voir - attendez juste assez longtemps. Cependant, l'expansion accélérée signifie qu'une partie de plus en plus petite de l'Univers sera capable d'émettre de la lumière vers nous avec nous en la recevant, avant que l'expansion n'emporte les photons plus vite qu'ils ne peuvent se déplacer vers nous.

Au Big Bang, l'horizon des événements était composé de particules qui se trouvent aujourd'hui à 63 Glyr - c'est ce que j'entendais par "l'opposé de l'horizon des particules".

La figure suivante de Davis & Lineweaver (2004) peut aider à expliquer. Il montre essentiellement trois versions de la même chose, à savoir comment les tailles de divers horizons évoluent avec le temps. Le panneau supérieur affiche le temps en fonction de la taille physique, tandis que dans le panneau du milieu, l'axe $x$ affiche déménager coordonnées, c'est-à-dire les coordonnées qui s'étendent avec l'Univers. Le panneau inférieur ne montre pas le temps sur l'axe $y$, mais le temps conforme, qui peut être considéré comme le temps qu'il faudrait à un photon pour parcourir une distance si nous "gelions" l'Univers.


1 réponse 1

En bref : Le horizon de particules est l'étendue de notre futur cône de lumière à $t=0$ , et le horizon des événements est l'étendue de notre cône de lumière passé à $t=infty$ . Il est important d'être clair que ces horizons ne sont des horizons que pour un observateur à cet endroit dans l'espace et le temps. Ils ne marquent pas les frontières physiques entre les différentes régions de l'espace, ils décrivent plutôt les frontières des régions de l'espace et du temps observables pour nous, sur Terre, à ce moment particulier. Un observateur quelque part dans l'amas de la Vierge verra différents horizons, sphériques, aux mêmes distances que nous les voyons, et avec eux-mêmes exactement au centre.

Horizon de particules :

C'est la distance à laquelle la lumière émise à t=0 peut nous parvenir aujourd'hui. En pratique, cela est marqué par le fond diffus cosmologique à un décalage vers le rouge $z approx 1100$ , avant lequel l'Univers était opaque, nous ne pouvons donc pas voir plus loin en regardant le rayonnement électromagnétique. Il y a de l'espoir, cependant, que les observatoires de neutrinos et d'ondes gravitationnelles dans un avenir pas trop lointain pourront nous rapprocher de la limite $z = infty$ au Big Bang. L'horizon des particules est toujours en expansion, dans tous les modèles cosmologiques. Dans notre modèle cosmologique actuellement privilégié, il se trouve à environ 43 milliards d'années-lumière.

Horizon de l'événement :

C'est la distance à l'intérieur de laquelle les photons émis dans notre direction aujourd'hui nous atteindront dans un temps fini dans le futur. Lorsque la lumière dans des parties éloignées de l'Univers est émise vers nous, leur voyage est une course entre leur vitesse vers nous et l'expansion cosmologique de l'Espace. L'expansion de l'Espace est homogène, ce qui signifie que la vitesse de récession d'une région est proportionnelle à sa distance. Il y a une distance, à laquelle la vitesse de récession est égale à la vitesse de la lumière c'est la distance que nous appelons la Sphère de Hubble. Cependant, dans la plupart des modèles cosmologiques, la sphère de Hubble n'est pas un horizon, il est parfaitement possible d'observer des galaxies qui s'éloignent actuellement et ont toujours été éloignées de nous à une vitesse supraluminique, nous le faisons régulièrement depuis des décennies. En effet, même si ces photons s'éloignent initialement de nous, ils se déplacent dans des régions de l'espace qui s'éloignent plus lentement de nous, jusqu'à ce que le "rattrapage" avec notre sphère Hubble et commence à se rapprocher de nous.

Cependant, si l'expansion est suffisamment rapide, elle « gagnera » sur l'expansion de la sphère de Hubble à une certaine distance. Cela signifie qu'au-delà de cette distance, les photons n'atteindront jamais notre sphère Hubble et n'atteindront donc jamais nos télescopes, car l'Univers s'étend si rapidement que le "ramper" vers notre voisinage cosmique est trop lent. Contrairement à l'horizon de particules, tous les modèles cosmologiques n'ont pas d'horizon des événements - mais celui qui semble décrire notre Univers en a un, et il se situe à un décalage vers le rouge d'environ $zsim 2$ .

Mais. Mais.

Oui, nous observons régulièrement des objets à des distances bien au-delà de l'horizon des événements. L'Horizon des Événements est un horizon dans le Temps, pas seulement dans l'Espace. Ce que nous observons à ces distances appartient cependant au passé. Au fur et à mesure que l'Univers s'étend, ces objets traversent notre horizon des événements à un moment donné de leur histoire. Depuis la Terre, lorsque nous regardons une galaxie à ces distances, nous verrons la lumière de cette galaxie être de plus en plus décalée vers le rouge à mesure que nous observons des époques de plus en plus proches de ce moment. Cela signifie également un ralentissement du temps perçu en plus du décalage vers le rouge croissant, nous verrons l'histoire de la galaxie ralentir et s'arrêter complètement alors que nous nous rapprochons asymptotiquement de ce point de son histoire - ce un événement - au-delà duquel nous ne pourrons jamais obtenir plus d'informations. On peut facilement observer des galaxies à $z = 2$ , mais que se passe-t-il dans ces galaxies à l'heure actuelle, on ne pourra jamais le savoir.

N'oubliez pas qu'un un événement en relativité est un point dans l'espace-temps. l'Horizon des Événements porte bien son nom - ce n'est pas un horizon géométrique constitué de points dans l'Espace, mais constitué d'événements de points dans l'Espace-temps.


3 réponses 3

Les autres réponses semblent répondre à la plupart de vos questions, mais je pense qu'une confusion demeure : La vitesse de la lumière comme vitesse maximale dans l'Univers (ce qui n'est pas le cas).

Tout d'abord, le redshift ne va pas à l'infini pour les objets reculant à $v = c$. Nous voyons facilement les galaxies reculer à des vitesses supraluminiques. En fait, c'est le cas pour toutes les galaxies avec un redshift cosmologique de $gtrsim!1.5$.

Pour comprendre comment cela est possible, imaginez un photon émis par la galaxie GN-z11 dans notre direction lorsque l'Univers avait 400 Myr (millions d'années) et que la distance de cette galaxie était de $d_mathrm=800,mathrm$ (environ 2,7 milliards d'années-lumière). A cette époque, le facteur d'échelle (la taille de l'Univers par rapport à aujourd'hui) était $a=0.08$, et le paramètre Hubble était $H_mathrm sim 1600,mathrm,mathrm^<-1>,mathrm^<-1>$, donc la vitesse de récession de GN-z11 était de $ v_mathrm = H_mathrm d_mathrm = 1,300,000,mathrm,mathrm^ <-1>simeq 4.3c. $

Au début, bien que le photon soit parti de GN-z11 à $v=c$ comme il se doit, et même s'il a voyagé dans notre direction, il a été emporté par l'expansion de l'Univers plus vite que cela, et a ainsi reculé chez nous à $v=4.3cc=3.3c$.

Cependant, l'expansion est omniprésente et a donc également aidé à éloigner le photon à une vitesse croissante du GN-z11. À un moment donné (lorsque l'Univers avait 3,7 Gyr), l'expansion l'avait aidé à atteindre le point médian entre GN-z11 et la Voie lactée, et bien que sa vitesse locale ait toujours été de $c$, il s'est arrêté pendant un bref instant. MW et GN-z11. Puis il a commencé à augmenter sa vitesse, jusqu'à ce qu'il frappe le télescope spatial Hubble l'année dernière avec une vitesse de $c$.

Aujourd'hui, la distance du GN-z11 est passée à $d_mathrm = 9.9,mathrm$, et il s'éloigne donc de nous à $ v_mathrm = H_mathrm d_mathrm = 670,000,mathrm,mathrm^ <-1>simeq 2.2c, $ qui est toujours supraluminique. Cependant, en raison de la accéléré expansion de l'Univers, photons émis par GN-z11 aujourd'hui ne nous parviendra jamais.

Edit : dissiper quelques malentendus

l'horizon cosmologique se rapproche peu à peu de nous

En fait, c'est le contraire : le horizon de particules, auquel vous vous connectez, est défini comme le plus loin que nous puissions voir, ce qui est donné par la distance que la lumière a dû parcourir depuis le Big Bang. Comme le temps augmente, cette distance augmente toujours.

il y a des galaxies lointaines qui s'éloignent de nous à ou plus vite que la vitesse de la lumière.

C'est vrai, comme décrit ci-dessus.

la vitesse de ces galaxies est purement en référence à l'endroit où vous mesurez

Encore une fois vrai. Alors que nous mesurons la vitesse de récession de GN-z11 à 2,2 c$, un observateur à mi-chemin entre nous et eux mesurerait la moitié de cette vitesse.

la distorsion temporelle perçue est une illusion causée par notre vitesse relative, le temps ne s'arrête pas vraiment pour les galaxies lointaines

Le temps est en effet plus lent dans les galaxies lointaines, comme on le voit de nous. Mais il ne s'arrête pas à $v=c$. En fait, le temps est simplement dilaté d'un facteur $(1+z) = 1/a$. C'est-à-dire que le temps dans GN-z11, qui se situe au redshift $z=11.1$, est plus lent d'un facteur 12,1$.

Cependant, ce n'est pas une illusion, mais un effet réel. C'est l'essence même de la relativité, vous devez accepter que le temps (et l'espace et la simultanéité, etc.) soit relatif pour différents observateurs afin que la physique ait un sens. Un exemple de cas où cette dilatation temporelle est importante est le temps qu'il faut pour que la luminosité des supernovas distantes (SNe) diminue. Tous les SNe de type 1a ont le même mécanisme d'explosion, et augmentent et diminuent la luminosité de la même manière (modulo un effet connu mais oubliez cela pour l'instant). Mais les SNe distants diminuent plus lentement d'un facteur qui correspond exactement au décalage vers le rouge auquel ils se trouvent (plus un).

si vous étiez dans l'un d'eux, la lumière se déplacerait toujours à la même vitesse par rapport à cet endroit.

J'ai été informé en classe que je me trompais, et aucun objet ne peut aller à la vitesse de la lumière

Encore une fois, aucun objet ou information ne peut voyager à travers l'espace plus vite que la lumière. Mais l'espace lui-même peut s'étendre de toute façon.


Avec l'énergie noire, l'horizon des événements converge vers une valeur finie, cela signifie-t-il donc qu'il est constant dans le temps ?

L'horizon des événements convergera avec le rayon de hubble dans environ 16 milliards d'années :

Il approchera, mais n'atteindra jamais, une valeur fixe d'environ 18 gigalumières.

Si nous pouvons observer une galaxie maintenant, nous pourrons toujours l'observer à l'avenir car la distance de déplacement est inchangée dans le temps et sera toujours dans l'horizon des événements ?

Comme vous pouvez le voir dans mon animation ci-dessus, le facteur d'échelle augmentera rapidement tandis que l'horizon des événements restera fixe. Mais l'horizon des particules croît encore plus vite que le facteur d'échelle. Cela signifie que les galaxies que nous pouvons observer aujourd'hui seront également visibles dans un avenir lointain puisqu'elles restent dans l'horizon des particules, mais dès qu'elles sortiront de notre horizon des événements, il ne sera plus possible de leur envoyer un signal réel, ou pour recevoir un signal envoyé par eux après qu'ils aient quitté notre horizon des événements.

Alors oui, nous verrons toujours de vieilles images de ces galaxies telles qu'elles étaient avant qu'elles ne fuient notre horizon des événements, mais nous ne verrons jamais ce qui leur est arrivé par la suite. Leur signal sera décalé vers le rouge sur une durée infinie.

Le même graphique dans les distances comoving montre que l'horizon des événements se rétrécit par rapport aux coordonnées, tandis que l'horizon des particules (et le futur cône de lumière) s'approche, mais n'atteint jamais, d'une coordonnée comoving fixe (voir Lien).


Réponses et réponses

Vous avez raison de la sphère Hubble.

L'horizon des particules est la distance appropriée (c'est-à-dire telle que mesurée par un mètre-mètre maintenant, avec une expansion gelée pour le moment de la mesure) à ce que vous voyez MAINTENANT comme l'objet le plus éloigné - c'est-à-dire. là où l'objet qui a émis la lumière que vous voyez maintenant a été transporté par l'expansion dans le temps qu'il a fallu pour que sa lumière vous atteigne.

L'horizon des événements est la plus grande distance à un moment donné à partir de laquelle la lumière peut vous atteindre. La différence avec votre définition réside dans sa dépendance temporelle - elle grandit.

Re. : 1) Vous pouvez avoir une sphère de Hubble en croissance dans un univers en accélération (comme c'est le cas dans le nôtre). L'accélération signifie que la distance à une galaxie donnée au fur et à mesure que vous tracez sa progression dans le temps augmentera de manière accélérée - vous pouvez faire en sorte que cela se produise même si le taux d'expansion (c'est-à-dire la constante de Hubble) diminue, tant que le taux de la réduction du taux d'expansion est suffisamment faible.
Une bonne analogie ici est l'accumulation d'intérêts composés sur votre compte bancaire. Supposons que vous ayez une somme d'argent X sur un compte avec un taux de croissance de Y%. Votre épargne peut croître de façon accélérée même si le taux de pourcentage diminue. Par exemple, si le taux de pourcentage descend asymptotiquement jusqu'à une valeur définie comme dans le cas si (par exemple) il est défini comme 5+5/ % : vous obtiendrez 10 % sur le premier mois, 7,5 % sur le deuxième et 5 % dans un futur infime.
La différence de taux au cours des premiers mois peut faire croître votre épargne de manière décélérée, mais elle finira par s'accélérer et, dans un avenir lointain, elle augmentera de façon exponentielle.
X ici est l'analogie du facteur d'échelle, ou la distance appropriée à une galaxie de test. Y est la constante de Hubble. Le futur lointain équivaut à un univers DeSitter où la matière s'est tellement diluée que l'expansion n'est dictée que par la constante cosmologique.

2) ne suit pas alors, puisque la sphère de Hubble grandit.

Vous avez raison de la sphère Hubble.

L'horizon des particules est la distance appropriée (c'est-à-dire telle que mesurée par un mètre-mètre maintenant, avec une expansion gelée pour le moment de la mesure) à ce que vous voyez MAINTENANT comme l'objet le plus éloigné - c'est-à-dire. là où l'objet qui a émis la lumière que vous voyez maintenant a été transporté par l'expansion dans le temps qu'il a fallu pour que sa lumière vous atteigne.

L'horizon des événements est la plus grande distance à un moment donné à partir de laquelle la lumière peut vous atteindre. La différence avec votre définition réside dans sa dépendance temporelle - elle grandit.


Réponses et réponses

La définition de Wikipédia prend cela à l'envers. L'horizon des particules est la distance maximale que la lumière peut avoir parcourue loin de notre emplacement à l'âge de l'univers. Étant donné que l'horizon des particules est depuis un certain temps plus éloigné que l'horizon des événements, la lumière émise par l'horizon des particules pendant cette période (depuis environ t = 4 milliards d'années) ne peut jamais nous atteindre. Par conséquent, l'horizon des particules est ne pas la limite de l'univers observable, cette limite est toujours à l'intérieur de l'horizon des événements.

La meilleure référence que je connaisse pour redresser ces choses est Davis & Lineweaver :

C'est le cas si nous déduisons, à tort, que l'horizon des particules est la limite de l'univers observable, ce que semble dire la définition de Wikipédia.

Parce que "l'univers observable" est une région de espace-temps, pas l'espace. L'horizon des particules n'est pas la limite de cette région de l'espace-temps où se trouve notre cône de lumière passé.

Voici une autre façon de voir les choses : les objets à l'horizon des particules sont maintenant bien en dehors de l'horizon des événements et nous ne les verrons jamais tels qu'ils sont maintenant. Nous venons tout juste de recevoir les premiers rayons lumineux de ces "points dans l'espace" comme ils l'étaient juste après le Big Bang, mais ce qui était là alors (plasma chaud, dense, en expansion rapide) est très, très différent de ce qui est susceptible d'être là maintenant ( galaxies et amas de galaxies). Donc, dire qu'une certaine galaxie 47 Glyr est maintenant "dans notre univers observable" semble être une façon très trompeuse de le dire. Une telle galaxie se trouve à la même coordonnée mobile qu'une région particulière de plasma chaud et dense juste après le Big Bang à partir de laquelle nous ne recevons que des rayons lumineux (bien que nous ne le soyons pas en réalité parce que les rayons lumineux émis par ce plasma étaient diffusé pendant quelques centaines de milliers d'années avant que l'univers ne devienne transparent au rayonnement). Mais cela ne signifie en aucun cas que nous pouvons voir la galaxie.


Horizon des événements cosmologique

Je ne connais pas le chiffre exact. Je pense que c'est quelque part autour de 16 Gly.

c'est-à-dire un peu plus loin que le rayon de Hubble qui est de 13-14 Gly.

Mon sentiment sur le dogme est que tout le monde arrive à croire ce qu'il veut à propos de la cosmologie, mais que nous devrions tous COMPRENDRE quelque peu le modèle de consensus dominant afin que nous soyons tous sur la même longueur d'onde dans les discussions.

Le LCDM grand public n'est peut-être qu'un modèle efficace avec des paramètres intégrés pour s'adapter aux données, mais il connaît un succès impressionnant en tant que tel et s'il existe un modèle plus fondamental qui se cache dans des eaux mathématiques plus profondes, le LCDM nous aidera à nous y guider. Beaucoup de respect pour LCDM.

Eh bien, une caractéristique de LCDM est qu'il a un HORIZON D'ÉVÉNEMENT COSMOLOGIQUE quelque part au-delà du rayon de Hubble. Une galaxie au rayon de Hubble (13-14 Gly) de nous recule à exactement c. Mais sa lumière peut encore nous atteindre par un mécanisme décrit dans un autre Triangle Jaune ! fil. Il peut arriver ici parce que H(t) diminue encore légèrement et continuera encore un certain temps. H(t) décroissant signifie réciproque - rayon de Hubble --- croissant, de sorte que la sphère de Hubble peut se développer de manière à atteindre et à absorber la lumière qui a du mal à nous atteindre mais ne le fait pas, puis la lumière est libre.

mais, selon LCDM, si une galaxie est significativement plus éloignée que cela, comme disons 16 Gly, alors sa lumière NE PEUT JAMAIS NOUS ATTEINDRE DANS TOUTE L'HISTOIRE DE L'UNIVERS, peu importe combien de temps nous attendons même jusqu'à t = infty.

Ceci est mieux communiqué avec une image et le papier Lineweaver 2004 a une image. Il s'agit de la « Figure 1 » dans « l'inflation et le CMB » de Lineweaver.

Je vais essayer d'obtenir un lien vers ce diagramme de la figure 1, et je vais également coller un extrait de l'article où il en parle. L'idée de base est assez simple et facile à comprendre.

c'est une caractéristique de base de LCDM donc mon attitude est que personne ne vous force à le croire. Vous pouvez ne pas croire qu'il existe un CEH là-bas ! Vous pouvez croire n'importe quel modèle que vous voulez avec ou sans horizons. (En fait, dans l'ancien MDP avant 1998, il n'y avait pas d'horizon des événements cosmologique et toute la lumière qui nous était destinée finirait par arriver ici si vous attendiez assez longtemps ! La venue de Lambda a changé cela.)

Donc, personne ne force personne à croire en un CEH, mais s'il vous plaît, permettez à tous de partager une certaine familiarité avec les principales caractéristiques du modèle de consensus.

Je serais heureux qu'un ou plusieurs experts expliquent ou discutent, et disent en fait à quelle distance se trouve le CEH.

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EDIT: La raison pour laquelle j'ai dit "La venue de Lambda a changé cela", au cas où quelqu'un ne l'aurait pas remarqué, c'est que vous n'obtenez un Horizon d'événement cosmologique que si vous avez un LAMBDA POSITIF, une constante cosmologique positive ou quelque chose d'équivalent qui donne une expansion accélérée.

L'article de Lineweaver explique comment la découverte d'accel. l'expansion est ce qui a mis le CEH dans l'image.

J'aurais peut-être dû préciser que c'est grâce au Lambda de LCDM. Ou peut-être que c'était évident, je ne sais pas.


3 réponses 3

Ma meilleure supposition est que, lorsque je traverse la surface du soleil, je commence à accumuler de la masse solaire du côté opposé de moi au centre de gravité qui m'attire, et cela empêche la formation d'un horizon des événements. Ce raisonnement est-il correct ?

Oui, ce raisonnement est correct.

La solution la plus simple aux équations de champ d'Einstein en relativité générale est la solution de Schwarzschild qui

décrit le champ gravitationnel à l'extérieur d'une masse sphérique, en supposant que la charge électrique de la masse, le moment angulaire de la masse et la constante cosmologique universelle sont tous nuls. La solution est une approximation utile pour décrire des objets astronomiques à rotation lente tels que de nombreuses étoiles et planètes, dont la Terre et le Soleil.

Comme balkael l'a mentionné, le rayon de Schwarzschild du Soleil, $r_S$ , est d'environ 3 km. Cela signifie que si la masse du Soleil pourrait être comprimée jusqu'à une sphère de 6$pi$ de circonférence, ce serait un trou noir. Mais cela ne signifie pas que quelque chose de spécial se produit à 3 km du centre du Soleil non compressé.

Note latérale

La gravité newtonienne est une très bonne approximation à des distances du centre de masse qui sont grandes par rapport à $r_S$ . Au rayon orbital de la Terre, la différence entre la gravité newtonienne et le GR est infime. Même sur l'orbite de Mercure, la différence est plutôt faible. L'un des premiers triomphes de GR est qu'il prédit correctement la précession anormale de l'abside de l'orbite de Mercure. Selon Newton, le grand axe de l'orbite elliptique de Mercure (alias la ligne des absides) pointerait dans une direction constante, si le système solaire ne se composait que du Soleil et de Mercure, mais en raison de la gravité des autres planètes (et parce que le Le soleil n'est pas une sphère parfaite), la ligne d'apsides tourne lentement, comme indiqué :

Mercure dévie de la précession prédite à partir de ces effets newtoniens. Ce taux anormal de précession du périhélie de l'orbite de Mercure a été reconnu pour la première fois en 1859 comme un problème de mécanique céleste, par Urbain Le Verrier.

La précession totale n'est que de 574,10 ± 0,65 secondes d'arc par siècle. La précession anormale due aux effets relativistes n'est que de 43 secondes d'arc par siècle. C'est 43/3600 degrés.

J'ai mentionné plus tôt que rien de spécial ne se passe à $r_S$ au soleil. C'est parce que lorsque vous entrez dans un corps à symétrie sphérique, la masse au-dessus de votre tête exerce une force gravitationnelle nulle sur vous. En gravité newtonienne, cela est dû au théorème de Shell, comme l'a dit G. Smith. C'est également vrai en Relativité Générale, en raison du théorème de Birkhoff. Ainsi, toute la matière du Soleil qui est plus éloignée que $r_S$ du centre ne peut pas créer un horizon des événements.

Si vous pouviez en quelque sorte compresser suffisamment cette matière, un trou noir se formerait, mais aucun processus connu ne peut le faire. À notre connaissance, les plus petits trous noirs pouvant être créés dans une explosion de supernova de type II ont une masse d'environ 3 à 5 $M_odot$ (masses solaires), l'étoile progénitrice ayant une masse d'environ 20 $M_odot $ .

La densité n'a donc qu'une importance indirecte, l'essentiel est d'avoir une masse suffisante dans le rayon de Schwarzschild. En fait, ce n'est pas avoir pour être juste de la masse, toutes les formes d'énergie contribuent au tenseur contrainte-énergie-impulsion qui est la source de la courbure de l'espace-temps.

Vous avez essentiellement raison dans le sens où lorsque vous tombez dans le Soleil, son attraction gravitationnelle vous diminue. Les parties du Soleil qui sont à un plus grand rayon du centre que vous n'exercent plus de force nette sur vous. C'est ce qu'on appelle le théorème de Shell.

Un trou noir, en revanche, n'a pas sa masse répartie dans une boule comme le fait le Soleil, donc sa gravité devient infiniment forte au fur et à mesure que vous vous rapprochez. L'horizon des événements est le rayon auquel la gravité est si forte que la lumière ne peut pas s'échapper.

Du point de vue de la Terre et du point de vue gravitationnel, la principale différence entre le Soleil et un trou noir de même masse serait sa taille. Un trou noir est essentiellement une énorme quantité de masse concentrée dans un petit volume.
L'horizon dont vous parlez est situé à ce qu'on appelle le rayon de Schwarzschild $R_s$ et toute masse condensée dans une sphère de rayon inférieur à $R_s$ devient un trou noir. Pour un trou noir avec la masse du Soleil, $R_sapprox 3km$ , alors que le rayon du soleil est $r_environ696 000km$ .
Vous voyez là la différence entre les étoiles et les trous noirs. La masse peut être la même mais le volume d'un trou noir est extrêmement petit par rapport au rayon d'une étoile de même masse.
Maintenant en trouvant le lien entre l'horizon et la densité, cela vient de la définition du rayon de Schwarzschild :
$ R_s=frac<2Gm> $ avec $G$ la constante gravitationnelle universelle, $c$ la vitesse de la lumière et $m$ . la masse du trou noir ! L'horizon est à un rayon $R_s$ du centre du trou noir, directement lié à la masse de ce trou noir.

En parlant de l'effet en tombant dans le soleil ou dans un trou noir, dans le premier cas, si vous survivez jusque-là, lorsque vous atteignez le rayon du Soleil, ce serait similaire à tomber dans une piscine de plasma très chaud et dense.
Dans le second cas, vous tomberiez jusqu'à ce que vous atteigniez $R_s$ et vous ne verriez ni ne sentiriez que vous avez spécifiquement atteint et dépassé l'horizon. Divers autres effets apparaîtront cependant sur le chemin, vous pouvez regarder par exemple l'effet de spaghettification causé par les forces énormes s'appliquant sur l'observateur en chute. Une fois que vous êtes de l'autre côté de $R_s$, notre Physique ne peut malheureusement pas vous aider car cette partie est encore inconnue.


Pourquoi un trou noir a-t-il un horizon et une étoile n'est-elle qu'un objet massif ? Tant que vous restez en dehors du Soleil, vous pouvez considérer le centre de masse comme le "point dans l'espace" qui vous attire, il en va de même pour un trou noir. Désormais, lorsque vous traverserez la surface du Soleil, une partie de sa masse passera derrière vous et l'approximation indiquant que vous êtes attiré par son centre de masse ne tient plus.
Maintenant, il est important de noter que la masse s'incurve dans l'espace-temps et lorsque la masse est fortement condensée dans un petit volume, vous pourrez vous rapprocher du centre de masse.
En évitant les calculs derrière cela, imaginez être entraîné dans un puits par gravité, c'est un puits spécial car plus vous êtes profond et plus les murs sont raides. Si le puits est plein d'eau, il est probable que vous serez retenu par l'eau et que vous vous en échapperez probablement. Ce boîtier est le boîtier de l'étoile : le puits symbolise l'attraction, l'eau vous retiendra comme le ferait la masse derrière vous une fois à l'intérieur de l'étoile.
Dans le second cas pas d'eau, vous êtes entraîné vers le bas jusqu'à ce que le mur soit parfaitement vertical et qu'il n'y ait aucune chance de sortir. Le point auquel les murs atteignent cette limite est ce que nous appelons l'horizon des événements. Cela correspond à la limite dans l'espace où 100% de la force initiale vous entraîne toujours vers le bas et vous ne pouvez plus vous échapper. C'est le cas où le $lightcone$ , le futur possible d'une particule ou d'un observateur, pointe toujours vers l'intérieur et ne peut jamais vous conduire hors du trou noir.
Dans l'image suivante, la ligne courbe est la paroi du puits et vous voyez les deux limites.


Quel est le rayon actuel de l'horizon des événements cosmologique ?

En faisant quelques calculs grossiers (en utilisant la valeur de $H_0$ à ce moment-là uniquement, car elle dépend du temps mais pas de la distance grâce à la réponse de Johannes) quel est le rayon de l'horizon des événements cosmologique à ce moment-là ? (ne cherche pas les changements de CEH au fil du temps)

Nous recherchons la distance $L$ s.t. $H_0L = c = 3x 10^6 frac$

Où 1 pc = 3,26 années-lumière ($ly$),

Ce calcul est-il correct ? Le bon calcul aurait-il du sens ? (Par sens, je veux dire que cela semblerait en accord avec certaines observations et non en contradiction avec d'autres observations ? Ou des résultats comme celui-ci sont inconfirmables, juste de simples envolées s'ils ne se rapportent à rien de physique ?

La seule chose que j'ai pu utiliser pour voir que ce n'est pas invalide (oui double négatif, je ne peux pas dire que c'était valide) est le fait que l'univers observable est de 45,7 × 10^9 ly$ mais encore une fois par ce compte $L=10^< 123>ly$ semblerait tout aussi valable.


Q : Quelle est la taille de l'univers ? Que se passe-t-il au “edge” ?

C'est une question étonnamment subtile. Le problème est que nous ne pouvons pas voir l'univers entier. Imaginez-vous debout dans une vaste prairie ou flottant sur un navire en mer. En regardant autour de vous, vous voyez beaucoup de choses identiques, à peu près les mêmes partout, et s'étendant jusqu'au bord de votre vision.

Il y a une limite à ce que nous pouvons voir. Le “bord” de l'univers visible est un “horizon”. Il y a probablement beaucoup plus d'univers au-delà de cet horizon, mais cela n'a officiellement aucune importance.

Le “edge” à la limite de votre vision est l'horizon. Quelque chose qui s'éloigne de vous est visible jusqu'à ce qu'il atteigne l'horizon, puis il disparaît (en commençant par le bas). Sur Terre, les effets de l'horizon proviennent du sol bloquant physiquement votre vue. Les horizons spatio-temporels sont un peu différents, mais ils partagent un point commun important avec notre horizon terrestre si vous allez là où se trouve l'horizon, vous ne remarquez rien de spécial.

L'horizon espace-temps que vous connaissez probablement est l'"horizon des événements" d'un trou noir, formant la "surface". L'horizon des événements est la limite au-delà de laquelle rien ne peut s'échapper (y compris la lumière, c'est ainsi que les trous noirs tirent leur nom). Quelque chose au-dessus de l'horizon est visible et, peut-être avec un grand effort, peut s'échapper pour rencontrer un observateur extérieur. Tout ce qui se trouve en dessous de l'horizon des événements est parti pour toujours.

L'horizon des événements n'est pas seulement une frontière dans l'espace, c'est en quelque sorte une frontière dans le temps. Quelqu'un qui tombe dans un trou noir ne devrait rien remarquer de trop excitant à l'horizon des événements. La gravité extrême et la terrifiante connaissance que malgré votre chute dans un trou noir, traverser l'horizon des événements ne devrait pas être quelque chose qui vous frappe vraiment.

Plus quelque chose est bas dans un puits de gravité, moins il subit le temps. Nous pouvons mesurer directement l'effet dû à la gravité terrestre (à quelques microsecondes par mile et par an, cela ne vaut généralement pas la peine de s'inquiéter). À l'horizon des événements d'un trou noir, cet effet de ralentissement atteint son extrême naturel et le temps s'arrête. Si vous regardez quelque chose tomber dans un trou noir, il semble se déplacer de plus en plus lentement à mesure qu'il s'approche de l'horizon, jusqu'à ce que son dernier moment, juste avant de traverser l'horizon, s'étende à l'infini. Les choses n'émettent qu'une certaine quantité de lumière à un moment donné et pour toujours, c'est long (jusqu'à présent), donc les choses qui tombent semblent très lentes et très faibles. Vous ne verrez pas les choses arriver à l'horizon et s'arrêter, vous les verrez se rapprocher puis disparaître rapidement. Il y a un moment qui ne vient jamais tout à fait et le temps jusqu'à ce moment s'étend pour toujours.

La lumière libérée juste avant le moment de traverser l'horizon finira par s'échapper à un observateur. La libération de lumière juste après ne le fera pas. L'horizon des événements cosmologique est remarquablement similaire. Il est actuellement à environ 16 milliards d'années-lumière, dans toutes les directions.

L'horizon cosmologique est causé par l'expansion de l'univers. Vous pouvez imaginer cela comme des fourmis rampant sur un ballon. Au fur et à mesure que le ballon se dilate, seules les fourmis proches les unes des autres pourront se heurter les fourmis plus éloignées peuvent ramper les unes contre les autres à pleine vitesse, mais l'expansion ajoutera plus de caoutchouc entre elles que leur mouvement n'en retranche. Si quelque chose qui s'éloigne de nous traverse l'horizon, la dernière lumière qu'il émet avant de traverser l'horizon mettra une éternité à nous atteindre.

L'univers n'a pas existé pour toujours et beaucoup de choses se sont passées dans son histoire, donc la plus ancienne lumière que nous pouvons voir ne vient pas de près de l'horizon des événements cosmique. Même ainsi, le même effet de ralentissement/rougeur est visible à l'œil nu.

Beaucoup de galaxies dans un tout petit coin du ciel. La plus grande partie de la différence de couleur provient du "décalage vers le rouge cosmologique" plus une galaxie est rouge, plus elle est éloignée.

The first galaxies date to when the universe was a bit under an billion years old, with a redshift of a bit under ten, meaning that light coming from them is ten times as stretched out and the galaxies appear to be experiencing time at a tenth the usual rate. The oldest light we can see is the cosmic microwave background, which has been traveling for 13 billion years and redshifted by a factor of 1100. We can’t see any farther with light the CMB is like the blue of the sky, completely overwhelming the sky behind it.

So if you were standing 16 billion light years away, at the present location of the cosmological event horizon (from Earth’s perspective), you wouldn’t see anything too surprising. The universe looks more or less the same everywhere. You could send a signal to Earth, but you’d be in the most frustrating possible place to do it: just close enough that the signal will make it, but just far enough that it will take literally forever. If anyone on Earth ever saw you (in the extreme future), you’d appear frozen in time and invisibly dim.

In the mean time, the expansion of the universe doesn’t just cause the horizon to exist, it constantly forces things to fall beyond it. We won’t ever directly see things fall beyond the horizon for the same frustrating reason we won’t see things assez fall into black holes. Like things approaching the event horizon of a black hole, extremely distant things get redder, and slower, and fade from view while never quite reaching some prescribed moment.

So there’s no real “edge” to the universe. Just like the horizon on Earth, the cosmic event horizon is a regular place. Being like everywhere else, there’s nothing to notice. Nothing really happens when you cross it. Technically, some astronomy nerd sixteen billion light years away can point out that once you cross each others horizons, you no longer have the option to send each other messages.


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