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Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les grandes longueurs
d'onde des raies spectrales — vers le rouge pour le spectre
visible — observé parmi les objets astronomiques lointains. Il
considéré comme preuve de l'expansion de l'univers et
argument en faveur de la théorie du big-bang.
Le terme est également employé pour la notion plus générale de décalage spectral, soit vers le rouge, soit vers le bleu, observé parmi les objets astronomiques selon qu'ils s'éloignent ou se rapprochent. Dans cette acception, il est synonyme d'effet Doppler-Fizeau.
| Sommaire |
Le décalage vers le spectral est mesuré par
où λ0 est la longueur d'onde émise et λobs celle observée.
Le décalage spectral est aisément mesurable car les raies spectrales des atomes sont identifiables et bien connues, par exemple grâce à des mesures en laboratoire.
Le décalage spectral de la lumière en fonction de la vitesse de la source émettrice fut découvert par Hippolyte Fizeau en 1948 dans le cadre de la mécanique classique. La relativité restreinte d'Albert Einstein (1905) permit de généraliser le calcul du décalage spectral aux sources se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
Le décalage vers le rouge parmi les galaxies distantes fut découvert par Edwin Hubble. En collaboration avec Milton Humanson, l'astronome en déduisit la loi de Hubble en 1929 : elle stipule que la vitesse d'éloignement des galaxies est proportionnelle à leur distance.;-)
Le décalage vers le rouge peut avoir plusieurs causes :
Si z > 0, la source s'éloigne ; si z < 0 elle se rapproche. Quand la vitesse relative de la source projetée le long de la ligne de visée, v, est petite par rapport à la vitesse de la lumière c le décalage vaut
et, réciproquement, lorsque le décalage z est beaucoup plus petit que l'unité,
.Voir article de fond : effet Doppler-Fizeau
Actuellement, les modèles cosmologiques supposent que l'univers est en expansion et que cet effet concerne également la longueur d'onde de la lumière. Il y a alors décalage vers le rouge des objets éloignés.
L'expansion de l'univers n'implique pas forcément l'éloignement entre elles de toutes les galaxies qui se trouvent dedans. Ainsi, par exemple; la galaxie d'Andromède se rappoche de la nôtre, avec qui elle rentrera en collision dans environ 4 milliards d'années. Elle présente donc pour sa part un décalage vers le bleu malgré cette expansion mais il s'agit d'un effet purement local à l'échelle de l'univers
Voir articles de fond : expansion de l'univers, loi de Hubble
La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit que la lumière se déplaçant dans un champ de gravitation subit un décalage vers le rouge ou vers le bleu. Cet effet est appelé le décalage d'Einstein. Sur Terre, il est faible mais mesurable en utilisant l'effet Mössbauer. À proximité d'un trou noir, cet effet devient significatif et à l'horizon des événements, le décalage devient infini. Ce décalage gravitationnel fut proposé dans les années 1960 comme explication des grands décalages vers le rouge observés pour les quasars, mais cette théorie n'est guère acceptée aujourd'hui.
Voir article de fond : décalage d'Einstein
Dans un univers en expansion, le décalage vers le rouge des objets croît avec leur distance ; il constitue ainsi un moyen d'estimer la distance des objets éloignés. En corollaire, il permet d'estimer l'époque à laquelle le rayonnement a été émis (distance = temps x vitesse de la lumière) et de remonter ainsi aux propriétés de l'univers dans un passé lointain.
En particulier, le rayonnement de fond cosmologique (z = 1100) provient des confins de l'Univers et date de 300 000 ans après le big bang — à comparer avec l'âge actuel de l'univers, d'environ 12 milliards d'années.
Voir article de fond : mesure des distances dans l'univers
