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La taille de l'univers observable aujourd'hui


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Dans un coin perdu du Perche le week end dernier, il fait un temps pourri, le Kepler qui a pu voir Saturne la veille, est rangé dans la grange, pleurant les galaxies inacessibles. On a fait une partie de Trivial Pursuit éditions astro (Niark, niark, j'ai gagné... pas comme ce f... WA quizz où je me fais très régulièrement détruire chaque matin, histoire d'attaquer la journée de bonne humeur B) ).

 

J'ai eu la question : Taille de l'univers observable aujourd'hui, j'ai correctement répondu (c'est pas 15 Mds d'AL, mais environ 50, because l'expansion) parce que je sais que c'est cette affirmation qui circule en divers endroits, et même dans des revues astronomiques, mais à mon avis, c'est une mauvaise réponse (et, plus grave, une mauvaise question). Une galaxie que l'on observe aujourd'hui située par exemple à 12Mds d'AL, ça n'a pas de sens de dire qu'elle est "aujourd'hui" plus loin, parce que l'on parle de quelque chose en dehors de notre sphére de causalité, quelque chose qui est en fait dans notre futur. "Aujourd'hui" pour une galaxie à 12Mds d'AL, c'est tout simplement quelque chose qui n'est pas encore arrivé. La seule chose réelle, tangible, "presente", c'est qu'elle est là, à 12Mds d'AL de distance de nous, et à 12 mds d'années dans le passé, point barre.

 

Il me semble que parler de l'univers "aujourd'hui", comme d'un présent étendu jusq'aux confins de l'univers, qui serait vu d'un point de vue extérieur à notre présent ici et maintenant, un point de vue "omniprésent", est un non-sens et témoigne pour le moins d'une compréhension erronée de la Relativité Restreinte. Et je m'étonne de voir cette conception reprise par des revues scientifiques, et même par des scientifiques me semble-t-il, et propager une conception fausse de l'espace-temps.

 

A moins que ce ne soit moi qui me trompe quelque part, qui n'ait pas pigé un truc.

 

J'aimerais avoir des avis sur le sujet.

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(texte cité)

 

Il me semble que parler de l'univers "aujourd'hui"' date=' comme d'un présent étendu jusq'aux confins de l'univers, qui serait vu d'un point de vue extérieur à notre présent ici et maintenant, un point de vue "omniprésent", est un non-sens et témoigne pour le moins d'une compréhension erronée de la Relativité Restreinte. Et je m'étonne de voir cette conception reprise par des revues scientifiques, et même par des scientifiques me semble-t-il, et propager une conception fausse de l'espace-temps.

 

A moins que ce ne soit moi qui me trompe quelque part, qui n'ait pas pigé un truc.

 

J'aimerais avoir des avis sur le sujet.

[/quote']

 

Tu confonds relativité restreinte et générale, Jeff.

Les vitesses relatives des galaxies sont suffisament faible pour que la mécanique classique s' applique (sauf cas extrême genre jet de M87). Bien sûr, la vitesse de la lumière étant finie et les distances grandes, il faut utiliser t' = t - d/c pour trouver l' âge de l' objet. Mais ça reste de la mécanique classique ...

 

En revanche, dès qu' on s' éloigne un peu, les effets de la relativité générale se font sentir, et il n' est plus possible d' utiliser l' espace-temps local pour décrire l' espace-temps distant bien que les vitesses relatives soient faibles (à cause de la prédominance de l' expansion).

 

A+

--

Pascal.

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Je pense que ce que voulait dire Jeff est que la Relativité restreinte exprime qu'il n'existe pas de temps absolu, en conséquence de quoi, il est un peu douteux de parler des dimensions de l'univers à un "instant" donné.

 

Sinon, aux échelles cosmologiques, pour situer les objets les plus lointains, on ne parle plus vraiment de distance, notion douteuse avec l'expansion : on donne des valeurs de redshift (Z).

Les valeurs de distance sont plutôt données pour la vulgarisation...

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Je suis entièrement d'accord avec toi, Jeff ! (et avec Lambda0)

 

Ça me rappelle l'article "Cinq idées fausses sur l'Univers" que j'avais lu dans le Ciel et Espace de novembre 2004 (celui avec les images martiennes en 3D). Je viens de le ressortir. Si tu l'as lu, tu as dû bondir (avec raison, à mon avis).

 

Exemple : « Idée fausse n°3 : Le temps que met la lumière d'une galaxie à nous atteindre équivaut à sa distance en années-lumières. [...] Considérons la plus lointaine galaxie jamais observée. [...] Sa lumière a été émise il y a 13,2 milliards d'années, mais elle est située en réalité à plus de 13,2 années-lumières. Le temps que son image nous parvienne, cette galaxie du fond des âges s'est éloignée sous l'effet de l'expansion. En tenant compte des paramètres cosmologiques [...] elle se situerait actuellement à la distance faramineuse de 45 milliards d'années-lumières !»

 

Il y a d'autres affirmations de la même veine (par exemple il prétend que les galaxies lointaines s'éloignent de nous plus vite que la lumière, oubliant que la relation V=cz qui permet de calculer la vitesse de fuite à partir du redshift n'est valable que si z est petit ; si z approche ou dépasse 1, il faut utiliser la formule relativiste, dans laquelle V tend vers c sans jamais l'atteindre).

 

Ils n'ont pas de conseillers scientifiques, à Ciel et Espace ? :) Je n'ai pas acheté le numéro suivant, mais je ne serais pas surpris qu'il ait généré un abondant "courrier des lecteurs"...

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salut à tous :be:

 

Je crois que c' est la vitesse de récession d'une galaxie qui est proportionnelle à sa distance à la Voie Lactée. Ainsi, une galaxie deux fois plus éloignée qu'une autre, s'éloignait deux fois plus vite, une propriété maintenant connue sous le nom de loi de Hubble. ;)

 

amicalement

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(texte cité)

Je crois que c' est la vitesse de récession d'une galaxie qui est proportionnelle à sa distance à la Voie Lactée. Ainsi' date=' une galaxie deux fois plus éloignée qu'une autre, s'éloignait deux fois plus vite, une propriété maintenant connue sous le nom de loi de Hubble. ;)

[/quote']

 

Bruno vient précisément d'expliquer que cette loi de proportionnalité est fausse aux grandes "distances"...

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(texte cité)

Bruno vient précisément d'expliquer que cette loi de proportionnalité est fausse aux grandes "distances"...

 

Il me semble que Bruno suggère d' utiliser la relativité restreinte pour calculer la vitesse de récession (c' est la phrase "il faut utiliser la formule relativiste, dans laquelle V tend vers c sans jamais l'atteindre" qui me fait penser ça). Je pense que c' est une erreur : Dans le cas des redshifts élevés, c' est la relativité générale qui s' applique, pas la relativité restreinte. Et en relativité générale, pour deux objets comobiles, les vitesses relatives sont nulles, si je me trompe pas ...

edit (si tant est que la définition de "vitesse relative" puisse avoir un sens dans ce contexte ...)

A+

--

Pascal.

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Salut tout le monde :) ,

 

J'aimerais savoir d'où vient cette variable z (je sais que c'est le taux d'expansion, le redshift), comment la trouve-t-on?

 

A-t-on déjà observé des redshift supérieur à 1? Si oui, en utilisant la loi de Hubble, on obtient une "vitesse" de récession supérieure à la vitesse de la lumière. Mais de ce que j'ai compris du message de 'Bruno, c'est que lorsque v tend beaucoup vers c, la loi de Hubble n'est qu'une approximation d'une loi de RG. Quelle est cette formule? Dans ce cas aussi, est-ce que v, dans un cas où z peut être supérieur à 1, peut avoir une valeur tel que v>c ?

 

Merci

 

Universus

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Je précise...

 

On mesure un décalage vers le rouge cosmologique, le "redshift", noté z. Il est plus petit que 1 pour toutes les galaxies du catalogue NGC, par exemple, mais pour certains galaxies lointaines ou certains quasars, il est plus grand que 1. On dit souvent que ces galaxies s'éloignent de nous à la vitesse de V=cz. Par exemple, si le "redshift" est de 2, on dira que le galaxie s'éloigne de nous à 600000 km/s.

 

Bien sûr, on parle d'un éloignement dû à l'expansion de l'Univers, on sait bien que les deux galaxies sont immobiles (aux vitesses propres - négligeables - près).

 

Mais même : c'est faux !

 

La Relativité Restreinte nous apprend que la vraie formule n'est pas V=cz, simple approximation pour les vitesses faibles devant c, mais :

V = c . [(z+1)^2 - 1] / [(z+1)^2 + 1]

 

Dans cette formule, quand z tend vers l'infini, V tend vers c sans jamais le dépasser. (Par contre, quand z est petit, la formule est équivalente à V=cz.)

 

Bref, deux galaxies immobiles dans l'espace et très lointaines ne peuvent pas s'éloigner, du fait de l'expansion, à plus de 300000 km/s, contrairement à ce qu'on pourrait croire si on interprétait le décalage vers le rouge des spectres sans connaître la Relativité Restreinte. Notez bien qu'il s'agit de Relativité Restreinte, pas Générale.

 

Si je ne me suis pas trompé...

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(texte cité)

Salut tout le monde :) ' date='

 

J'aimerais savoir d'où vient cette variable z (je sais que c'est le taux d'expansion, le redshift), comment la trouve-t-on?

[/quote']

En mesurant le décalage de raies spectrales caractéristiques.

 

A-t-on déjà observé des redshift supérieur à 1?

Oui.

Si oui, en utilisant la loi de Hubble, on obtient une "vitesse" de récession supérieure à la vitesse de la lumière. Mais de ce que j'ai compris du message de 'Bruno, c'est que lorsque v tend beaucoup vers c, la loi de Hubble n'est qu'une approximation d'une loi de RG. Quelle est cette formule?

Dans ce cas aussi, est-ce que v, dans un cas où z peut être supérieur à 1, peut avoir une valeur tel que v>c ?

 

Dans le cadre de la R.G., le redshift ne s' interprete pas comme une vitesse.

 

A+

--

Pascal.

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Autre précision : la loi de Hubble dit que la distance est proportionnelle au "redshift" : cz = Hd.

 

Dans cette formule, c est la vitesse de la lumière (300000 km/s), z est le décalage vers le rouge : si l est la longueur d'onde théorique de la raie spectrale et l' sa longueur d'onde observée, alors : z = (l'-l)/l.

 

H est la constante de Hubble (environ 70 km/s/Mpc) et d est la distance en Mpc. Attention : cette loi n'est en fait pas tout à fait valable pour de très grandes distances car H est variable (selon que l'expansion accélère ou décélère).

 

Pour des z petits, on sait que V=cz. Ici V est la vitesse de récession, c'est-à-dire la variation de la distance entre les deux galaxies, mais bien sûr celles-ci sont supposées immobiles et la distance varie à cause de l'expansion de l'espace. Bref, pour des z petits, on peut dire que :

V = H d.

 

C'est ça la loi de Hubble. Elle n'est pas valable à très grande distance parce que :

1) H varie, et surtout,

2) V n'est plus égal à cz.

 

La loi indiquée plus haut (cz = Hd) est elle valable du moment que la variation de H reste négligeable.

 

Voilà en tout cas comment j'ai compris les choses...

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(texte cité)

Je précise...

 

On mesure un décalage vers le rouge cosmologique' date=' le "redshift", noté z. Il est plus petit que 1 pour toutes les galaxies du catalogue NGC, par exemple, mais pour certains galaxies lointaines ou certains quasars, il est plus grand que 1. On dit souvent que ces galaxies s'éloignent de nous à la vitesse de V=cz. Par exemple, si le "redshift" est de 2, on dira que le galaxie s'éloigne de nous à 600000 km/s.

 

Bien sûr, on parle d'un éloignement dû à l'expansion de l'Univers, on sait bien que les deux galaxies sont immobiles (aux vitesses propres - négligeables - près).

 

Mais même : c'est faux !

 

La Relativité Restreinte nous apprend que la vraie formule n'est pas V=cz, simple approximation pour les vitesses faibles devant c, mais :

V = c . [(z+1)^2 - 1'] / [(z+1)^2 + 1]

 

Dans cette formule, quand z tend vers l'infini, V tend vers c sans jamais le dépasser. (Par contre, quand z est petit, la formule est équivalente à V=cz.)

 

Bref, deux galaxies immobiles dans l'espace et très lointaines ne peuvent pas s'éloigner, du fait de l'expansion, à plus de 300000 km/s, contrairement à ce qu'on pourrait croire si on interprétait le décalage vers le rouge des spectres sans connaître la Relativité Restreinte. Notez bien qu'il s'agit de Relativité Restreinte, pas Générale.

 

Si je ne me suis pas trompé...

 

 

Merci bruno pour ce post, j'avais pas compris grand chose avant mais la ça s'éclaircit beaucoup. Donc, si j'ai bien compris, la vitesse de recession ne dépasse jamais, et même n'atteind jamais la vitesse de la lumière, c'est ça ?

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(texte cité)

Je précise...

[ ... ]

La Relativité Restreinte nous apprend que la vraie formule n'est pas V=cz' date=' simple approximation pour les vitesses faibles devant c, mais :

V = c . [(z+1)^2 - 1'] / [(z+1)^2 + 1]

 

Dans cette formule, quand z tend vers l'infini, V tend vers c sans jamais le dépasser. (Par contre, quand z est petit, la formule est équivalente à V=cz.)

 

Bref, deux galaxies immobiles dans l'espace et très lointaines ne peuvent pas s'éloigner, du fait de l'expansion, à plus de 300000 km/s, contrairement à ce qu'on pourrait croire si on interprétait le décalage vers le rouge des spectres sans connaître la Relativité Restreinte. Notez bien qu'il s'agit de Relativité Restreinte, pas Générale.

 

Si je ne me suis pas trompé...

 

Pas d' accord. Dans ce contexte, la "vitesse" que tu calcules n' a aucun sens physique.

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ArthurDent : je ne comprends pas ta remarque. La vitesse de récession des galaxies a un sens, c'est la variation de leur distance.

 

 

Neo : j'ai tout lu. Ben c'est une des nombreuses méthodes pour estimer la constante de Hubble. Elle a un lien avec la méthode de Tully-Fischer qui est une méthode très courante pour estimer la distance des galaxies (lorsqu'on n'y voit plus de céphéides). À part ça, je ne vois pas quoi dire d'autre...

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(texte cité)

ArthurDent : je ne comprends pas ta remarque. La vitesse de récession des galaxies a un sens' date=' c'est la variation de leur distance.

[/quote']

Bruno: Variation de quelle distance (attention , l' espace est en expansion, donc la distance dépends du lieu même si l' observateur est immobile par rapport à l' objet) par rapport à quel temps (ok, admettons que les références de temps sont proches, puisque les vitesses propres sont supposées faibles et les champs de gravitation faibles aussi) ?

Utiliser la relativité restreinte (qui s' applique à condition que la métrique soit invariante par changement de référentiel) dans un espace en expansion (dont la métrique change selon le point considéré) me parait pour le moins discutable.

 

A+

--

Pascal.

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Rhaaa ça fait mal à la tête...

 

J'ai essayé de bien réfléchir à tout ça. Effectivement, il faut éviter de parler de vitesse. Le "redshift", c'est la dilatation des ondes lumineuses due à l'expansion de l'espace qui les porte. Pas due à la variation de distance, du moins pas directement.

 

Du coup, c'est une raison de plus de ne pas affirmer que les galaxies peuvent s'éloigner plus vite que la lumière par rapport à nous, non ?

 

Par contre, la bonne ou mauvaise représentation de l'espace-temps dont il était question au début, c'est bien une question de Relativité Restreinte, car localement, à l'échelle des galaxies et non pas de l'Univers entier, on peut se contenter de l'espace-temps de la Relativité Restreinte. D'ailleurs c'est ce qui se passe quand on considère la constante de Hubble constante, ce qu'on fait la plupart du temps.

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(texte cité)

Rhaaa ça fait mal à la tête...

Oui' date=' je suis d' accord :D

 

Du coup, c'est une raison de plus de ne pas affirmer que les galaxies peuvent s'éloigner plus vite que la lumière par rapport à nous, non ?

Absolument.

 

Par contre, la bonne ou mauvaise représentation de l'espace-temps dont il était question au début, c'est bien une question de Relativité Restreinte, car localement, à l'échelle des galaxies et non pas de l'Univers entier, on peut se contenter de l'espace-temps de la Relativité Restreinte. D'ailleurs c'est ce qui se passe quand on considère la constante de Hubble constante, ce qu'on fait la plupart du temps.

Pas besoin d' aller chercher la relativité restreinte pour ça, la relativité galiléenne augmentée de la finitude de la vitesse de la lumière suffit. Comme les vitesses relatives des Galaxies proches sont faibles, les corrections relativistes sont négligeables. Enfin, il me semble ...

 

A+

--

Pascal.

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Ah super, moi qui voulais des avis...Merci a lot.

 

Bon je reprends, par la fin : Arthur, si, ma réflexion initiale est bien sur la Relativité Restreinte, non pas pour des problèmes de grandes distances ou vitesses, mais simplement sur la nature intime de l'espace-temps. J'ai pris l'exemple d'une galaxie lointaine, mais mon raisonnement s'applique aussi bien au Soleil (ou à la cafetière dans ma cuisine) : Le Soleil que je vois se situe à 8 mn lumière de distance et à 8 mn dans le passé. Le Soleil hypothètique de 'maintenant' (parfois évoqué dans de - mauvais -articles de vulgarisation) qui pourrait être éteint et que nous ne le saurions pas avant 8 minutes, est une c... Si cela devait survenir, nous ne le saurions pas tout simplement parce que ce n'est pas encore arrivé , c'est un événement futur.

 

A la lecture des réponses de 'Bruno et Lambda0, je vois donc qu'on est d'accord (je n'ai donc pas mérité mon camembert au Trivial Astro du week end dernier, ne l'ébruitons pas). Bruno, je me souviens moi d'un numéro de C&E mais en 2005 où il y avait des trucs pas clairs sur les différentes distances des galaxies. J'avais posté d'ailleurs sur le sujet, mais sans doute pas clairement (normal, c'était pas clair dans ma tête) et je n'ai pas eu de réponses claires...

 

 

Arthur, ce n'est pas la première fois que tu relèves que je confonds la Restreinte et la Générale. Mon souci, c'est que je ne comprends pas bien (voire plutôt mal...) la Générale. Autant l'ami Albert est clair dans son bouquin sur la Restreinte, autant la partie sur la Générale me parait confuse. Faut que j'essaie de m'y remettre..

 

Cela dit, dans le cas précis de ma question sur la taille du monde, je ne penses pas que je confuse.

 

Bon par contre, je pense avoir bien compris que les galaxies ne s'éloignent pas à des vitesse supérieures à c. Ca me rassure... Merci pour vos explications. ;)

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(texte cité)

Bon par contre' date=' je pense avoir bien compris que les galaxies ne s'éloignent pas à des vitesse supérieures à c. Ca me rassure... Merci pour vos explications. ;)

[/quote']

Euuhh, quand on parle de vitesse d'éloignement des galaxies (par rapport à la Terre par ex), on parle bien de : Vitesse d'éloignement + Vitesse d'expansion ?

 

Je veux dire par là que non seulement les galaxies "se déplacent" dans l'Univers (d'où les collisions entre galaxies par ex) mais aussi que l'espace entre elles s'aggrandit du fait de l'expansion.

 

Par contre, comment on arrive à calculer chaque vitesse pour une galaxie donnée ?

La vitesse d'expansion dépend de la distance de la galaxie (loi de Hubble).

La vitesse d'éloignement se calcule comment ? Par décalage spectral ?

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Les galaxies se déplacent dans l'espace (de l'ordre de quelques centaines de km/s) : il s'agit de leurs vitesses propres. L'expansion de l'espace les éloigne les unes des autres : il s'agit des vitesses de récession. Mais la spectroscopie ne nous permet que de connaître les vitesses radiales, c'est-à-dire la composante radiale de la somme des deux vitesses. La vitesse de récession n'a de toute façon qu'une composante radiale, mais la vitesse propre a aussi une composante tangentielle, qu'on ne peut pas connaître.

 

Dans un amas de galaxies, on estime la vitesse de récession en faisant la moyenne des vitesses radiales. Alors, pour chaque galaxie, on calcule la composante radiale de la vitesse propre en soustrayant la vitesse de récession à la vitesse radiale obtenue par le spectre. Pour une galaxie isolée, on ne peut pas faire ça, mais une galaxie isolée a une vitesse propre faible, car c'est seulement la force de gravitation au sein d'amas denses qui fait se déplacer les galaxies à grande vitesse. Donc, sauf pour les galaxies proches, on peut estimer la vitesse de récession comme étant égale à la vitesse radiale.

 

Exemple : pour l'amas Virgo, la vitesse de récession est de 1100 km/s en moyenne. Eh bien M98 présente un décalage vers le bleu : -196 km/s par rapport au centre de notre Galaxie. C'est pourtant un membre de l'amas Virgo. Son mouvement propre est donc d'environ 1300 km/s vers nous (il compense l'éloignement dû à l'expansion de l'Univers). Il est même un peu plus élevé car on ne connaît pas sa composante tangentielle. De telles vitesses ne sont pas possible qu'au coeur dense d'amas de galaxies (c'est d'ailleurs ça qui nous assure que M98 fait partie de l'amas de la Vierge et n'est pas une galaxie proche d'avant-plan).

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(texte cité)

Dans un amas de galaxies' date=' on estime la vitesse de récession en faisant la moyenne des vitesses radiales. Alors, pour chaque galaxie, on calcule la composante radiale de la vitesse propre en soustrayant la vitesse de récession à la vitesse radiale obtenue par le spectre. Pour une galaxie isolée, on ne peut pas faire ça, mais une galaxie isolée a une vitesse propre faible, car c'est seulement la force de gravitation au sein d'amas denses qui fait se déplacer les galaxies à grande vitesse. Donc, sauf pour les galaxies proches, on peut estimer la vitesse de récession comme étant égale à la vitesse radiale.

[/quote']

Je suis d'accord mais j'ai pas tout compris.

 

Donc pour une galaxie donnée, on mesue la vitese globale d'éloignement en regardant le spectre.

On a donc la vitesse globale d'éloignement : vitesse propre + vitesse due à l'expansion.

J'ai pas bien compris le : "on calcule la composante radiale de la vitesse propre en soustrayant la vitesse de récession à la vitesse radiale obtenue par le spectre"

Est-ce que l'on connaît la vitesse de récession grâce à la loi de Hubble (on connait donc la distance de la galaxie et on déduit la vitesse d'expansion) ?

Si on a cette vitesse de récession et que l'on a la vitesse globale, on déduit alors la composante radiale de la vitesse propre de la galaxie.

Si j'ai bien tout compris c'est ça.

 

On en revient donc toujours à la même chose : il faut calculer d'abord la distance de la galaxie.

Ai-je juste ?

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J'ai pas bien compris le : "on calcule la composante radiale de la vitesse propre en soustrayant la vitesse de récession à la vitesse radiale obtenue par le spectre"

Est-ce que l'on connaît la vitesse de récession grâce à la loi de Hubble

Non, on connaît la vitesse de récession d'un amas de galaxie en faisant la moyenne de toutes les vitesses radiales, je l'ai écrit plus haut ! La méthode marche parce que la somme des vitesses propres s'annule (certaines galaxies s'approchent, d'autres s'éloignent, et en moyenne ça fait zéro, c'est statistique).

 

Si on a cette vitesse de récession et que l'on a la vitesse globale, on déduit alors la composante radiale de la vitesse propre de la galaxie.

Voilà ! Mais on ne peut pas utiliser cette méthode avec une galaxie isolée, comme je l'ai dit plus haut, puisqu'on ne connaît alors pas la partie de la vitesse radiale qui provient de la vitesse de récession. De toute façon, les vitesses propres des galaxies isolées n'intéressent personne je pense...

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