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Edwin Hubble a apporté d'importantes contributions à la science. Il a observé un changement dans la fréquence lumineuse des galaxies et a fourni des preuves essentielles sur la vitesse de récession des galaxies. Cette observation a conduit à la formation de la loi de Hubble, que nous examinons en détail dans cette explication.
La vitesse de récession ou vitesse de récession est la vitesse à laquelle les objets s'éloignent d'un observateur en raison de l'expansion de l'univers.
La loi de Hubble expliquée
Edwin Hubble a étudié des objets connus sous le nom de nébuleuses, et ses études doctorales ont porté sur l'observation de nébuleuses ayant une forme de spirale. À l'époque, il existait deux théories sur ce qu'étaient les nébuleuses spirales :
- Les nébuleuses spirales faisaient partie de la Voie lactée ou étaient des nébuleuses situées à l'extérieur du plan galactique.
- Les nébuleuses spirales étaient des galaxies très éloignées de la nôtre.
Après avoir observé la lumière émise par les nébuleuses spirales, Hubble a commencé à remarquer une tendance : plus les nébuleuses étaient éloignées de la Terre, plus la lumière se décalait (décalage Doppler) vers la partie rouge du spectre. En mesurant le décalage vers le rouge de 20 nébuleuses spirales, Hubble a conclu que les galaxies s'éloignent de nous à des vitesses proportionnelles à leur distance. Cela signifie que plus une galaxie est éloignée de la Terre, plus elle s'éloigne rapidement de nous. En d'autres termes, la vitesse d'une galaxie augmente au fur et à mesure qu'elle s'éloigne de la Terre. C'est ce qu'on appelle la loi de Hubble.
La loi de Hubble est l'observation que les galaxies s'éloignent de nous avec une vitesse proportionnelle à leur distance par rapport à nous. En d'autres termes, les galaxies les plus éloignées s'éloignent plus rapidement que les galaxies les plus proches.
Pour comprendre la loi de Hubble, il faut comprendre l'effet Doppler. Dans l'effet Doppler, un émetteur d'ondes se déplace à une certaine vitesse et un observateur reçoit cette onde (dans ce cas, la lumière).
Si l'objet se rapproche de l'observateur, la lumière émise est décalée vers le bleu, ce qui indique une diminution de la longueur d'onde de la lumière. Si l'objet s'éloigne de l'observateur, la lumière émise est décalée vers le rouge, ce qui indique une augmentation de la longueur d'onde de la lumière.
D'après les mesures, la valeur acceptée de la constante de Hubble est de 73,8 km/s/Mpc (kilomètres par seconde par mégaparsec). Cette vitesse peut nous sembler élevée, mais elle ne représente même pas 0,1 % de la vitesse de la lumière.
L'augmentation de cette vitesse avec la distance et le temps permet de prédire que les galaxies pourraient disparaître de notre champ de vision à un moment donné.
- Tu peux consulter notre explication sur l'effet Doppler pour plus d'informations et de calculs.
- Ne confonds pas non plus la constante de Hubble et la vitesse de déplacement des galaxies. Les galaxies se déplacent à des vitesses qui dépendent de la distance qui les sépare.
Graphique de la loi de Hubble
Pour trouver la relation entre la vitesse de récession et la distance, Hubble a analysé plus de 20 galaxies. Dans son analyse, il a tracé leur distance par rapport à la Terre en parsecs en fonction de leur vitesse. Tu peux voir les résultats de ce graphique ci-dessous :
Hubble en a conclu qu'il existe une relation linéaire croissante entre la distance et la vitesse.
Un parsec (pc) est une unité de longueur utilisée pour mesurer des distances plus considérables en dehors du système solaire (distances extrasolaires). Un parsec équivaut à la distance parcourue par la lumière dans l'espace pendant 3,26 ans. Selon cette définition, Sirius, l'étoile la plus brillante de l'hémisphère nord, se trouve à 2,64 parsecs de la Terre.
Équation de la loi de Hubble
La relation linéaire obtenue par Hubble peut être résumée par cette simple équation :
\[v = H_0 \cdot D\]
Ici, v est la vitesse de récession en km/s, H0 est la pente de la ligne (également connue sous le nom de constante de Hubble), et D est la distance de la galaxie à la Terre mesurée en Mpc.
Si cela t'intéresse, tu devrais te rendre sur le site Hubble de la NASA pour en savoir plus sur la façon dont les astronomes sont capables de mesurer avec précision le taux d'expansion de l'univers (y compris l'utilisation d'un outil de base de la géométrie appelé parallaxe).
Exemples d'équations de la loi de Hubble
En utilisant l'équation ci-dessus, nous pouvons obtenir la vitesse des galaxies qui s'éloignent.
Calcule la vitesse de la galaxie NGC 55 si elle se trouve à une distance de deux mégaparsecs de la Terre.
Tout d'abord, nous devons calculer la distance, et pour cela, nous devons convertir les parsecs en kilomètres. Nous savons qu'un parsec est une distance couverte par la lumière en 3,26 années-lumière. Si la distance parcourue par la lumière dans le vide en une seconde est de 300 000 000 m, nous devons multiplier la distance par le nombre de secondes dans une année, soit 31 556 926 secondes, et multiplier le résultat par 3,26.
\[\text{Distance parcourue par la lumière en un an} = 31 556 926 \cdot (3 \cdot 10^8) = 9,4671 \cdot 10^{15}m\].
\[\text{Parsec distance} = 3.086 \cdot 10^{16}m\]
La galaxie NGC 55 se trouve à deux mégaparsecs, nous devons donc maintenant multiplier la distance en parsec par le parsec jusqu'à NGC 55.
\N-[\N-texte{NGC}] \space 55 \text{(distance)} = 2 \cdot 10^6 \cdot (3.086 \cdot 10^{16}) = 6.17 \cdot 10^{22} m\]
Nous pouvons maintenant substituer cette information dans l'équation de la loi de Hubble et obtenir la vitesse de la galaxie. Cependant, nous devons d'abord convertir la constante de Hubble en mètres par seconde et par mètre.
\[H_0=\frac{73.8 \cdot 10^3}{3.086 \cdot 10^{16}} = 2.39 \cdot 10^{-12} 1/s\]Et maintenant, nous utilisons l'équation de la loi de Hubble :
\[v = 1.476 \cdot 10^{11} m/s\]
Loi de Hubble : galaxies décalées vers le rouge et vers le bleu
Hubble a fait deux observations cruciales : il a découvert que les galaxies s'éloignent de la nôtre et a observé que plus les galaxies sont éloignées, plus elles accélèrent.
Presque toutes les galaxies présentent un décalage vers le rouge dans la lumière visible, mais certaines ne le font pas. Ces galaxies présentent plutôt un décalage vers le bleu , qui est le résultat des forces gravitationnelles.
Ledécalage vers le bleu est la diminution de la longueur d'onde émise lorsque l'émetteur (l'objet produisant les ondes électromagnétiques) se rapproche de l'observateur.
Andromède est l'une de ces galaxies qui présentent un décalage vers le bleu. Le décalage vers le bleu d'Andromède est un produit de l'attraction gravitationnelle entre notre galaxie (la Voie lactée) et Andromède, et il a été prédit que les deux entreront en collision après quelques millions d'années.
Le savais-tu ? Parce que la loi de Hubble nous aide à calculer (approximativement) le temps qui s'est écoulé depuis que les galaxies ont commencé à se déplacer, les chercheurs sont en mesure de recueillir des informations sur les premiers stades de l'univers et de mieux comprendre la théorie du Big Bang.
L'expansion de l'univers
La découverte par Hubble de galaxies s'éloignant de notre groupe local de galaxies a jeté les bases d'autres théories sur l'accélération de l'expansion de l'univers. Des preuves ultérieures ont été apportées en mesurant le décalage vers le rouge d'objets stellaires connus sous le nom de supernovae. Les théories prédisent que le taux d'expansion de l'univers augmentera avec le temps.
Une supernova de type 1a est une explosion résultant de l'interaction de deux étoiles (plus connue sous le nom de système binaire). Dans ces systèmes binaires, une étoile naine blanche et une autre étoile orbitent étroitement. L'étoile naine blanche absorbe une partie du gaz de son compagnon et, lorsqu'elle atteint une masse fixe, elle explose.
Comme la masse à laquelle cette explosion se produit est fixe, la luminosité est similaire à chaque fois qu'elle se produit. Une luminosité quasi-constante peut fournir un flux constant de rayonnement (lumière), et les chercheurs peuvent l'utiliser pour mesurer la distance du système stellaire. Ce sont les observations de ces systèmes binaires qui ont donné des indices sur l'expansion de l'univers (les supernovae de type 1a s'éloignaient avec le temps).
Loi de Hubble - Principaux enseignements
- Edwin Hubble a observé un changement dans la fréquence lumineuse des galaxies et a fourni des preuves essentielles sur lavitesse de récession . Cette observation a conduit à la formation de la loi de Hubble,
- La loi de Hubble est l'observation que les galaxies s'éloignent de nous avec une vitesse proportionnelle à leur distance par rapport à nous. En d'autres termes, les galaxies plus éloignées s'éloignent plus rapidement que les galaxies plus proches.
- Hubble a conclu qu'unerelation linéaire croissante existe entre la distance et la vitesse.
- Presque toutes les galaxies présentent un décalage vers le rouge dans la lumière visible, mais certaines présentent plutôt un décalage vers le bleu, qui est le résultat des forces gravitationnelles.
- L'idée d'un univers en expansion a ensuite été corroborée par l'étude de supernovae de type 1a dans d'autres galaxies.
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