Discussion:Température de l'Univers

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De quelle température parle-t-on ?

L'article confond la température de rayonnement et la température matière qui sont découplées depuis la création du fond diffus cosmologique. Donc la phrase « En raison de la très faible densité moyenne de la matière dans l'Univers, et malgré l'existence de corps extrêmement chauds, la température moyenne de l'Univers est celle du rayonnement fossile » n'a aucun sens. La température dont on parle est la température radiative (voir Température thermodynamique#Température de rayonnement) et la matière de l'univers vit sa vie (et ses températures) indépendamment. La détente adiabatique dont il est question est celle des photons : voir l'article gaz de photons.--Jojo V (discuter) 10 juillet 2022 à 11:11 (CEST)

Avant tout, il faut voir ce que disent les sources notables à ce sujet, et voir si notre article les reflètent ou pas. Je ne comprends pas le "indépendamment". Admettons un corps matériel seul dans un univers baignant dans un fond cosmologique à 2.7K. La température de ce corps matériel ne serait-il pas de 2.7K, couplé avec le fond ? Jean-Christophe BENOIST (discuter) 10 juillet 2022 à 11:20 (CEST)

Du reste, c'est ce que dit cette source (Françoise Combes tout de même [1]) où la température de l'univers (et du rayonnement cosmologique) dans le passé est mesuré à partir de la température du gaz d'une galaxie, couplé au fond cosmo, en tout cas c'est l'hypothèse. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 10 juillet 2022 à 11:51 (CEST)

Pour qu'un corps soit à la température du rayonnement incident il faut qu'il soit en équilibre avec celui-ci et donc qu'il ne contienne aucune source de chaleur et qu'il n'y ait aucune autre source externe. Un gaz peut être un exemple s'il est statique et dans un milieu isolé (loin de toute étoile) ou un contre-exemple s'il est en cours de compression gravitationnelle ou simplement irradié par une étoile. Dans ce que vous dites ceci est exprimé par « couplé avec le fond ». C'est loin d'être le cas général.--Jojo V (discuter) 10 juillet 2022 à 12:07 (CEST)

Oui, mais la densité de matière de l'univers étant très faible, les sources de chaleur sont négligeables à l'échelle de l'univers (on parle de la température à cette échelle). C'est ce que signifie la phrase "qui n'a aucun sens", et qui semble être l'hypothèse retenue par les sources visiblement. Donc revenons aux sources. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 10 juillet 2022 à 12:12 (CEST)

Je pense être d'accord avec Jean-Christophe BENOIST. De mémoire (je n'ai pas les sources sous la main) :

• dans l'espace intergalactique il y a plusieurs centaines de photons du fonds diffus cosmologique (CMB) par cm³ donc bien plus que d'atomes d'hydrogène ;
• pour l'essentiel ce milieu matériel intergalactique a bénéficié du temps nécessaire pour se mettre en équilibre thermique avec le CMB ;
• malgré son extrême dilution, ce matériel intergalactique comporte au total nettement plus de masse que les zones concentrées que constituent les galaxies ;
• donc il n'est pas idiot de dire que « la température moyenne de l'Univers est celle du rayonnement fossile ».

— Ariel (discuter) 10 juillet 2022 à 18:07 (CEST)

Idiot ou pas, c'est maintenant développé et sourcé dans l'article. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 10 juillet 2022 à 18:12 (CEST)

La température matière moyenne de l'univers étant voisine de 2,7 K et cette matière étant constituée en masse d'un quart de matière noire j'en déduis que celle-ci (s'il s'agit d'une matière baryonique) a une température voisine de 2,7 K. Juste ?--Jojo V (discuter) 11 juillet 2022 à 11:22 (CEST)

Cette matière, quelle que soit sa composition ou nature, n'interagit pas avec les champs EM ni avec la matière baryonique. Seulement avec la gravitation. Donc elle ne peut ni chauffer l'univers, ni être chauffée par lui. Voir source 3 de l'article. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 11 juillet 2022 à 11:59 (CEST)

Quelle que soit cette matière (ou rayonnement) elle a une énergie donc on peut lui attribuer une température qui n'a aucune raison d'être 2,7 K. Il existe donc une partie notable de l'univers qui n'a pas cette température. Parler de température de l'univers constitue une généralisation abusive de la physique. C'est un problème de vocabulaire : cela ne change rien sur le fond des phénomènes sinon la notion de température lorsque l'on parle de rayonnement indépendamment de la matière baryonique.--Jojo V (discuter) 12 juillet 2022 à 09:17 (CEST)

On part dans des réflexions personnelles, inutilisables pour l'article. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 12 juillet 2022 à 09:27 (CEST)

Il serait utile d'expliquer comment s'est fait le refroidissement après la grande recombinaison.--Jojo V (discuter) 13 juillet 2022 à 18:55 (CEST)

En effet : on dit partout que c'est à cause de l'expansion de l'univers (ce qui est vrai) mais sans plus de détail : il faudrait expliquer plus en détail. La détente adiabatique de l'article est un peu courte et non sourcée. J'avais dans l'idée plutôt dû à l'accroissement de la longueur d'onde (décalage vers le rouge) du FDC (voir Décalage_vers_le_rouge#Décalage_vers_le_rouge_cosmologique_et_conservation_de_l'énergie. A nos sources. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 13 juillet 2022 à 20:47 (CEST)

Le refroidissement s'explique simplement par la détente adiabatique du gaz de photons qui réchauffe l'hydrogène (si on suppose que la « température de l'univers » est celle de l'hydrogène, issue du rayonnement cosmologique comme indiqué ci-dessus par Ariel Provost). Je dis « réchauffe » car la détente adiabatique du gaz, qui refroidit celui-ci, est plus rapide que celle du rayonnement. Cette détente ne conserve pas l'énergie radiative à cause du travail des forces de pression radiative. Qu'en est-il de l'énergie globale matière + rayonnement ?--Jojo V (discuter) 15 juillet 2022 à 12:57 (CEST)

Je ne sais pas si mon raisonnement est trop simpliste, mais a priori, vu le manque (quantitativement) d'interactions mutuelles après la Grande recombinaison, j'imagine que l'énergie (totale) de la matière ordinaire (énergie de masse comprise), celle de la matière noire et celle du rayonnement (pour celle du vide je ne sais pas, ça dépasse trop mes compétences) se conservent séparément (elle se diluent juste, l'énergie par unité de volume diminuant au fil de l'expansion cosmique). — Ariel (discuter) 15 juillet 2022 à 13:17 (CEST)

C'est traité par Décalage_vers_le_rouge#Décalage_vers_le_rouge_cosmologique_et_conservation_de_l'énergie. Je suppose que le décalage vers le rouge du FDC peut s'interpréter comme une détente adiabatique quand on modélise les choses par un gaz de photons. Ce n'est pas incompatible. A nos sources. Jean-Christophe BENOIST (discuter) 15 juillet 2022 à 14:56 (CEST)

Dans ce domaine il faut se méfier des mots. Quand on parle de décompression adiabatique (article à créer) on pense généralement à une décompression adiabatique et quasi-statique comme la détente de Joule-Thomson (qui conserve l'enthalpie mais pas l'énergie interne), mais ce n'est pas le seul cas limite intéressant. Dans le cas de la détente d'un ballon (par exemple) de gaz, qui peut être rendue quasi-statique (et réversible) en maintenant en continu un équilibre des deux pressions à la frontière du système, le système perd de l'énergie interne et de l'enthalpie (au profit de l'extérieur). Mais le cas qui nous intéresse ressemble plus à une détente spontanée comme celle d'un ballon à l'intérieur d'une très grande boîte initialement vide (ou sous une pression initiale très très petite) que l'on perce : la détente est encore adiabatique (mais pas isentropique, car pas du tout quasi-statique ni réversible) et elle conserve à la fois l'énergie interne et l'enthalpie (il n'y a d'ailleurs pas de milieu extérieur qui pourrait les recevoir). Tout cela est très très délicat. — Ariel (discuter) 15 juillet 2022 à 16:39 (CEST)

En effet. C'est pour cela que j'aurais plutôt tendance, dans cet article, à ne pas expliquer le refroidissement (du FDC et donc de l'univers) par cela, mais par le décalage vers le rouge (et cela semble être d'ailleurs l'approche générale des sources). Jean-Christophe BENOIST (discuter) 15 juillet 2022 à 16:47 (CEST)

Le décalage vers le rouge est une conséquence du mécanisme d'expansion, il ne décrit pas ce mécanisme.--Jojo V (discuter) 14 août 2022 à 19:13 (CEST)