Calculateur de décalage vers le rouge cosmologique

Le décalage vers le rouge cosmologique est souvent présenté comme un effet Doppler, mais c'est plus subtil. Une galaxie ne se déplace pas à travers l'espace — c'est l'espace entre elle et nous qui s'étire. La longueur d'onde du photon croît proportionnellement au facteur d'échelle a(t) au fil de son trajet. À faible z, la distinction est académique (les deux approches donnent v ≈ H₀d), mais au-delà de z > 1, la vitesse de récession dépasse c — impossible pour un mouvement ordinaire, mais cohérent avec un espace en expansion. La limite de vitesse de la relativité restreinte s'applique au mouvement à travers l'espace-temps, pas à l'expansion de l'espace-temps lui-même. Cela implique aussi l'existence d'un horizon des particules : les galaxies situées au-delà d'environ 46 milliards d'années-lumière s'éloignent aujourd'hui plus vite que c et resteront à jamais hors de notre portée observationnelle, même si nous pouvons encore voir la lumière ancienne qu'elles ont émise lorsque l'univers était plus petit.

La lumière d'une galaxie lointaine nous parvient avec ses longueurs d'onde étirées vers le rouge. Divise la longueur d'onde observée par celle émise, retranche 1 et tu obtiens z. Plus z est grand, plus la lumière a voyagé longtemps : z est donc à la fois l'horloge et la règle du cosmos. À z = 1, la lumière a quitté sa galaxie il y a environ 8 milliards d'années, quand l'univers faisait la moitié de sa taille actuelle (facteur d'échelle a = 1/(1+z) = 0.5).

L'expansion étire chaque longueur d'onde d'un facteur (1+z), mais elle étire la durée des événements du même facteur. Une supernova de type Ia à z = 1 est vue croître et décliner sur deux fois plus de jours qu'une supernova identique proche. C'est exactement cet étirement qui a été mesuré, écartant la vieille idée de la 'lumière fatiguée' : seule une véritable expansion ralentit l'horloge en plus de rougir la lumière.