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DM physique Terminale S : Univers observable
Bonjour,
Je bloque sur la première question d'un Devoir Maison de Physique.
Voici l'énoncé et la question :
Les dernières mesures (satellite Planck) donnent à l'univers un age de 13,80 milliards d'années lumières, l'instant zéro étant appelé le "Big Bang". Aucun rayonnement ne se déplaçant plus vite que la lumière dans le vide, et aucun rayonnement n'ayant été émis avant qu'il existe, l'univers observable depuis la Terre est contenu dans une sphère centrée sur la Terre et dont le rayon est 13,80 milliards d'années lumières.
Expliquer pourquoi un rayon lumineux émis depuis l'emplacement de la Terre à n'importe quel instant postérieur au "Big Bang" ne peut quitter l'univers observable. On en déduit une hypothèse selon laquelle cet univers peut être considéré comme un trou noir.
Je dirais que le rayon lumineux, lorsqu'il atteint le "bord" de la sphère que constitue l'univers observable, suit ensuite la "courbure" / la "surface" de la sphère indéfiniment, n'en sortent ainsi jamais.
Cependant, cette réponse ne me convainc même pas. C'est pourquoi je demande de l'aide sur cette plateforme.
Je vous remercie d'avance pour toute vos réponses !
Bonjour,
Cet énoncé m'interpelle car il n'est pas vraiment correct.
Les dernières mesures (satellite Planck) donnent à l'univers un age de 13,80 milliards d'années lumières
L'année lumière est une unité de distance et non de temps (erreur trop commise dans les média...)
Aucun rayonnement ne se déplaçant plus vite que la lumière dans le vide, et aucun rayonnement n'ayant été émis avant qu'il existe, l'univers observable depuis la Terre est contenu dans une sphère centrée sur la Terre et dont le rayon est 13,80 milliards d'années lumières.
Si on suppose que le Big Bang c'est produit il y a 13,80 milliards d'années, alors cette dernière affirmation est fausse. Au début de l'Univers (durant environ 400 000 ans) la lumière n'existait pas encore, l'énergie de l'Univers était trop élevée empêchant les photons de "s'échapper " (en expliquant brièvement).
On en déduit une hypothèse selon laquelle cet univers peut être considéré comme un trou noir.
Je comprends pourquoi on a envie de dire ça, mais ce sont deux choses très différentes. Je sais pas si on peut supposer qu'une singularité déformant l'espace-temps provoquant des géodésiques empruntés par les photons (d'où le fait que la lumière ne s'échappe par d'un trou noir) et le fait qu'on ne peut pas aller plus vite que la lumière menant au fait qu'on ne peut pas observer "au delà" de la lumière sont des choses comparables.
Pour la deuxième affirmation je précise bien sûr que 400 000 ans est négligeable devant 13,80 milliards d'où l'approximation donnée par l'énoncé. Mais il me semble important de le préciser.
Je vous remercie de votre réponse rapide.
Je me suis trompée en recopiant de sujet, il est bien écrit "Les dernières mesures (satellite Planck) donnent à l'univers un age de 13,80 milliards d'années".
Je ne comprends pas le terme "géodésique".
Quoiqu'il en soit, votre réponse me laisse penser qu'il n'y a pas de réponse à la question posée par le sujet....
Je ne comprends pas le terme "géodésique".
Oui c'est clairement hors programme mais il s'agit du chemin qui minimise un temps de voyage, dans l'Univers les corps empruntent ce chemin. Mais ce n'est pas important de comprendre ça pour la question posée.
Quoiqu'il en soit, votre réponse me laisse penser qu'il n'y a pas de réponse à la question posée par le sujet....
Je devine une réponse mais je disais simplement que j'étais perplexe.
A mon avis ce qu'on veut vous faire dire c'est que comme l'Univers est âgé de 13,80 milliards d'années et bien on ne peut simplement pas faire d'observation au delà de 13,80 milliards d'années lumière. En effet voir loin c'est voir dans le passé. Si je regarde une galaxie située à 10 années lumières de la Terre et bien cela veut dire qu'il faut à la lumière 10 ans pour aller de la galaxie à la Terre. Donc en principe si on regarde un objet situé à 13,80 milliards d'années lumières (le début de l'Univers) et bien la lumière prend 13,80 milliards d'années pour arriver chez nous et il n'est pas possible d'observer quelque chose de plus lointain que ça car ça revient à dire qu'on regarde avant le Big Bang ce qui est paradoxal. D'où :
un rayon lumineux émis depuis l'emplacement de la Terre à n'importe quel instant postérieur au "Big Bang" ne peut quitter l'univers observable.
Mais de là à assimiler cela à un trou noir me semble spéculatif... Et songeur ...
Ou alors, lorsqu'un rayon lumineux est émis depuis la Terre, celui-ci n'a pas le temps d'atteindre le "bord" de la sphère que constitue l'Univers observable, du fait de l'expansion de l'Univers.
En effet, un rayon émis à un instant t1 depuis la Terre, doit parcourir 13,80 milliards d'années lumières pour atteindre le bord de l'univers observable, mais le 1er rayon lumineux émis de puis la Terre (et donc avant le rayon émis à t1) repousse cette valeur de 13,80 milliards d'années de 1 année lumière chaque année, ne permettant pas au rayon de t1 d'atteindre le bord.
Je ne sais pas si je suis claire...
Donc, si je comprends bien, il faut que je dise ceci :
Un rayon lumineux émis depuis la Terre à n'importe quel instant postérieur au big bang, ne peut quitter l'univers observable, car si il le pouvait, cela signifierait observer avant le big bang alors que l'univers s'est formé à cause du big bang.
Bonjour,
Désolée de devoir solliciter votre aide encore une fois 😅
Dans la suite du DM, l'une des question est :
Le 14 septembre 2015, a été détecté pour la 1ere fois la fusion de deux trous noirs, grâce aux ondes gravitationnelles produites.
Les deux trous noirs qui ont fusionné avaient des masses M1 = 36 Ms et M2 = 29 Ms où Ms = 1.99*10^30 kg.
On peut considérer qu'au moment où les 2 trous noirs ont fusionné, leurs surfaces étaient en contact.
1)Quelle était la distance d entre les 2 trous noirs ?
d=R1 + R2 où R1 et R2 sont les rayons des 2 trous noirs.
R1=2GM1/c² et R2 c'est pareil mais avec M2
R1=1,06*10^5 m
R2=8,57*10^4 m
2) La période de rotation T de l'ensemble, qui tournait autour du centre d'inertie commun, était la même que pour un rayon de l'orbite égale à d et une masse attractrice égale à M=M1+M2.
Exprimer T en fonction de d, M1 et M2, puis en fonction de M1 et M2 seulement.
T = 2pi*d*(sqrt(d/(G(M1+M2))))
sqrt -> racine carrée
En revanche, je ne sais pas comment exprimer T en fonction de M1 et M2 seulement. Je sais que d=2GM/c², mais du coup on aura du c dans la formule. Est ce grave ?
3) La fréquence orbitale maximale mesurée lors de la détection des ondes gravitationnelles était de 75Hz. Comparer cette fréquence au résultat de la question précédente.
Après Application numérique, je trouve
T=5,70*10^-3 s
(Cela me paraît étrangement court)
f=1/T = 1,75*10^2 Hz
Du coup, si mes calculs sont corrects, f>75 Hz. Cependant, je n'arrive pas à expliquer pourquoi.
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