Qu'est-ce que Blueshift?

 L'astronomie a un certain nombre de termes qui semblent exotiques pour le non-astronome. La plupart des gens ont entendu parler des «années-lumière» et du «parsec» comme termes de mesures à distance. Mais, d'autres termes sont plus techniques et peuvent sembler "de la jargon" à des gens qui ne connaissent pas grand-chose à l'astronomie. Deux de ces termes sont «redshift» et «blueshift». Ils sont utilisés pour décrire le mouvement d'un objet vers ou loin d'autres objets dans l'espace..

Redshift indique qu'un objet s'éloigne de nous. "Blueshift" est un terme que les astronomes utilisent pour décrire un objet qui se déplace vers un autre objet ou vers nous. Quelqu'un dira, "Cette galaxie est décalée par rapport à la Voie lactée", par exemple. Cela signifie que la galaxie se déplace vers notre point dans l'espace. Il peut également être utilisé pour décrire la vitesse que prend la galaxie à mesure qu'elle se rapproche de la nôtre. 

Le redshift et le blueshift sont déterminés en étudiant le spectre de la lumière rayonnée par l'objet. Plus précisément, les "empreintes digitales" des éléments du spectre (qui sont prises avec un spectrographe ou un spectromètre), sont "décalées" vers le bleu ou le rouge en fonction du mouvement de l'objet..

Les astronomes utilisent l'effet Doppler pour mesurer la fréquence des ondes lumineuses lorsqu'un objet se déplace par rapport à l'observateur. La fréquence est plus courte lorsqu'il se déplace vers vous et l'objet montre un décalage vers le bleu. Si l'objet s'éloigne, il montre un décalage vers le rouge. Cela apparaît dans les spectres de la lumière stellaire comme un décalage dans les lignes noires (appelées lignes d'absorption) comme indiqué ici). Carolyn Collins Petersen

Comment les astronomes déterminent-ils le décalage bleu?

Le décalage bleu est le résultat direct d'une propriété du mouvement d'un objet appelée effet Doppler, bien qu'il existe d'autres phénomènes qui peuvent également entraîner un décalage bleu de la lumière. Voici comment ça fonctionne. Prenons à nouveau cette galaxie comme exemple. Il émet des rayonnements sous forme de lumière, de rayons X, d'ultraviolets, d'infrarouges, de radio, de lumière visible, etc. À l'approche d'un observateur dans notre galaxie, chaque photon (paquet de lumière) qu'il émet semble être produit plus près dans le temps du photon précédent. Cela est dû à l'effet Doppler et au mouvement propre de la galaxie (son mouvement dans l'espace). Le résultat est que les pics de photons apparaître d'être plus proches les uns des autres qu'ils ne le sont en réalité, ce qui raccourcit la longueur d'onde de la lumière (fréquence plus élevée, et donc énergie plus élevée), tel que déterminé par l'observateur.

Le blueshift n'est pas quelque chose qui peut être vu avec l'œil. C'est une propriété de la façon dont la lumière est affectée par le mouvement d'un objet. Les astronomes déterminent le décalage bleu en mesurant de minuscules décalages dans les longueurs d'onde de la lumière de l'objet. Ils le font avec un instrument qui divise la lumière en ses longueurs d'onde composantes. Normalement, cela se fait avec un "spectromètre" ou un autre instrument appelé "spectrographe". Les données qu'ils recueillent sont représentées graphiquement dans ce qu'on appelle un «spectre». Si l'information lumineuse nous indique que l'objet se déplace vers nous, le graphique apparaîtra "décalé" vers l'extrémité bleue du spectre électromagnétique. 

Mesurer les décalages bleus des étoiles

En mesurant les déplacements spectraux des étoiles dans la Voie lactée, les astronomes peuvent tracer non seulement leurs mouvements, mais aussi le mouvement de la galaxie dans son ensemble. Les objets qui s'éloignent de nous apparaîtront décalés vers le rouge, tandis que les objets qui approchent seront décalés vers le bleu. La même chose est vraie pour l'exemple de galaxie qui vient vers nous.

Les astronomes peuvent déterminer la vitesse à laquelle la galaxie d'Andromède se dirige vers la Voie lactée en mesurant son décalage bleu. Crédit: NASA; ESA; Z. Levay et R. van der Marel, STScI; T. Hallas; et A. Mellinger

L'univers est-il décalé?

L'état passé, présent et futur de l'univers est un sujet brûlant en astronomie et en science en général. Et l'une des façons d'étudier ces états est d'observer le mouvement des objets astronomiques autour de nous.

À l'origine, on pensait que l'univers s'arrêtait au bord de notre galaxie, la Voie lactée. Mais, au début des années 1900, l'astronome Edwin Hubble a découvert qu'il y avait des galaxies en dehors de la nôtre (celles-ci avaient en fait été observées précédemment, mais les astronomes pensaient qu'elles n'étaient qu'une sorte de nébuleuse, pas des systèmes entiers d'étoiles). Il existe désormais plusieurs milliards de galaxies dans l'univers. 

Cela a changé toute notre compréhension de l'univers et, peu de temps après, a ouvert la voie au développement d'une nouvelle théorie de la création et de l'évolution de l'univers: la théorie du Big Bang.

Comprendre le mouvement de l'univers

L'étape suivante consistait à déterminer où nous en sommes dans le processus d'évolution universelle et ce que gentil de l'univers dans lequel nous vivons. La question est vraiment: l'univers est-il en expansion? Passation de marchés? Statique?

Pour répondre à cela, les astronomes ont mesuré les déplacements spectraux des galaxies de près et de loin, un projet qui continue de faire partie de l'astronomie. Si les mesures lumineuses des galaxies étaient déformées en général, cela signifierait que l'univers se contracte et que nous pourrions nous diriger vers un "gros resserrement" alors que tout dans le cosmos se refermerait. 

L'univers accéléré et en expansion, montrant l'influence de l'expansion accélérée dans les époques les plus récentes de l'histoire cosmique. NASA / WMAP

Cependant, il s'avère que les galaxies s'éloignent en général de nous et semblent décalées vers le rouge. Cela signifie que l'univers est en expansion. Non seulement cela, mais nous savons maintenant que l'expansion universelle s'accélère et qu'elle s'est accélérée à un rythme différent dans le passé. Ce changement d'accélération est entraîné par une force mystérieuse connue sous le nom générique énergie noire. Nous avons peu de compréhension de la nature de l'énergie sombre, seulement qu'elle semble être partout dans l'univers.

Points clés à retenir

• Le terme "blueshift" fait référence au décalage des longueurs d'onde de la lumière vers l'extrémité bleue du spectre lorsqu'un objet se déplace vers nous dans l'espace..
• Les astronomes utilisent le blueshift pour comprendre les mouvements des galaxies les uns vers les autres et vers notre région de l'espace.
• Redshift s'applique au spectre de lumière des galaxies qui s'éloignent de nous; c'est-à-dire que leur lumière est décalée vers l'extrémité rouge du spectre.

Sources

• Cool Cosmos, coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/redshift.html.
• "La découverte de l'univers en expansion." L'univers en expansion, skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.asp.
• NASA, NASA, imagine.gsfc.nasa.gov/features/yba/M31_velocity/spectrum/doppler_more.html.

Sous la direction de Carolyn Collins Petersen.