Rayonnement fossile et âges sombres

[jmco 74]

Bonjour,
Je vous soumets la question suivante à laquelle je n’ai pas su trouver de réponse claire dans la littérature et sur le net :
Le rayonnement fossile est constitué par les photons libres émis pendant la période de recombinaison, c'est-à-dire lorsque le plasma est devenu en se refroidissant un gaz neutre. Mais pendant la longue période des âges sombres qui a suivi, ce gaz neutre a bien dû émettre également un rayonnement thermique qui selon moi devrait s’additionner au rayonnement émis pendant la recombinaison de sorte qu’il serait difficile, voire impossible de les distinguer (la longueur d’onde émise correspondant à une température moindre étant compensée par un facteur d’expansion moindre). Ai-je faux ?

[PascalD 4 367]

Bonne question.
Je tente une réponse partielle, mais je ne suis pas trop sûr ...

Déjà, le gaz neutre va sans doute rayonner, mais aussi agir comme un absorbeur, s'il est plus froid que le rayonnement qui le baigne, ce qui est "rapidement" le cas (au début, le gaz est en équilibre thermique avec le rayonnement, mais si je me souviens bien de mes lectures il n' y reste pas longtemps et se refroidit plus vite. J' ai en tête une température de quelques mK juste avant la réionisation). Etant hors équilibre thermique, le spectre va être assez différent de celui d'un corps noir.
C'est sans doute la température de spin (transition de l' état up-up à l' état up-down de l' atome d'hydrogène) qui domine ?

Sauf erreur, sa contribution au rayonnement est donc plutôt une absorption dans la bande des 21cm (dans le référentiel du gaz).

Désolé, je n' ai pas de références sous la main, si quelqu'un pouvait nous éclairer et corriger ce qui précède ...

[edit] J' ai trouvé un papier de 2010 dans arxiv qui peut peut-être t'intéresser : http://arxiv.org/pdf/1005.4057v1.pdf

[Ce message a été modifié par PascalD (Édité le 29-12-2015).]

[jmco 74]

Merci Pascal pour ta réponse et le lien ; ça ne se bouscule pas en ce moment sur le forum …
En fait ma question est de savoir dans quelle mesure le rayonnement fossile serait éventuellement « pollué » par le rayonnement thermique du gaz neutre qui a succédé à la recombinaison
Quand au rayonnement de l’hydrogène neutre à 21 cm dont tu parles, c’est bien un autre mécanisme dont la trace est à rechercher jusque vers 210 m en raison du facteur d’expansion (plus de 1000 depuis le début des âges sombres). J’ai trouvé ce document qui parle de ce rayonnement : http://www.clubvega.fr/Club_Vega/Dossiers8_files/LES%20A%CC%82GES%20SOMBRES%20DE%20L'UNIVERS.pdf
Bonne fin d’année à tous !

[ChiCyg 0]

Il me semble que les explications du papier ne sont pas tout à fait adaptées : dans un plasma chaud il y a des myriades de photons qui "volent" partout et qui sont constamment absorbés, émis, absorbés, ... simplement leur libre parcours moyen est très faible du fait de l'énorme opacité du plasma. C'est pas vraiment sombre !

A noter que si le plasma est très chaud, il n'y a pratiquement aucune recombinaison (ça se bouscule trop ) les photons se "heurtent" surtout aux électrons libres avec lesquels ils ont de fortes affinités. Pour se représenter les choses, l'univers est un brouillard extrêmement lumineux mais dont on ne perçoit (ou plutôt percevrait qu'un minuscule rayon (de l'ordre du libre parcours moyen des électrons).

En même temps, toutes les petites zones de brouillard se dilatent et donc se refroidissent. Je pense qu'on a du montrer que cette dilatation ne va pas suffisamment vite pour que grosso modo le corps noir perde son statut de corps noir (qui est normalement une condition d'équilibre sans perte d'énergie : pour l'observer on fait juste un tout petit trou dans le four).

Après, ça m'a toujours paru beaucoup plus compliqué. En hypersimplifiant, ça se refroidit très vite, ça se recombine aussi vite et pof, comme il n'y a plus d'électrons libres, ça devient beaucoup beaucoup plus transparent et, merveille, les photons voient leur parcours moyen devenir de la taille de l'univers tout en gardant la répartition des énergies d'un corps noir.

Le bon professeur dg2 m'avait indiqué une thèse sur le sujet que j'avoue n'avoir pas lue, faudra que je retrouve ça, ou alors dg2 ? ...

[HS] c'est très poétique, tout ça, c'est la première fois pour les électrons et les protons , ces premiers ébats m'émeuvent et l'univers primordial a bien été pensé par nos théoriciens, parce qu'il y a pile poil le même nombre de protons et d'électrons . Bon, après, c'est vrai, ça devient un peu plus hard : divorces, mariages à plusieurs, ...[/HS]