Décalage vers le bleu

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Les ondes provenant d'une source lumineuse sont plus courtes lorsque celle-ci s'approche d'un observateur situé à la droite. Les ondes sont « compressées » et la lumière est donc bleuie. C'est le décalage vers le bleu ou blueshift.
Légende :
1 : Ondes rallongées à l'arrière de la source lumineuse dues à son déplacement.
2 : Sens de déplacement de la source lumineuse.
3 : Source lumineuse.
4 : Ondes raccourcies à l'avant de la source lumineuse dues à son déplacement.

Le décalage vers le bleu (blueshift en anglais) se produit lorsque la fréquence du rayonnement observée est décalée vers le bleu par rapport à la fréquence de la source lumineuse. Ce phénomène se produit lorsque la distance séparant une source lumineuse d'un observateur devient de plus en plus faible ou sous l'influence de l'attraction gravitationnelle. Ce décalage est complémentaire au décalage vers le rouge (redshift).

Histoire

C'est en 1912 que l'astronome américain Vesto Slipher découvre que la galaxie d'Andromède (alors connue comme nébuleuse) se rapproche de notre galaxie à 200 km/s. Mais il découvre par la suite que la plupart des galaxies hors du Groupe local s'éloignent de nous. Il est le premier à relever une manifestation du décalage vers le bleu.

Exemples

À échelle intergalactique, notre voisine la galaxie d'Andromède entrera en collision avec notre galaxie dans quelques milliards d'années sous l'effet de l'attraction gravitationnelle, elle nous apparaît donc globalement bleuie par sa vitesse d'approche. On estime sa vitesse à 300 km/s. Donc $z=-0.001$ pour la galaxie d'Andromède. Mais pour des vitesses si faibles, le décalage vers le bleu n'est visible que grâce aux raies d'absorption.

À échelle interstellaire, le mouvement propre de l'étoile Gliese 710 montre que d'ici environ 1,3 million d'années, elle passera à 13 000 ± 6 000 ua du Soleil, et donc largement à l'intérieur du nuage d'Oort^[1].

À échelle microscopique, les molécules d'eau présentent des propriétés encore énigmatiques aux interfaces avec certains matériaux. Des études spectroscopiques montrent un mouvement (à haute fréquence) dans les molécules d'eau, avec un décalage vers le bleu aux interfaces hydrophobes et hydrophiles^[2]. La spectroscopie Raman et des simulations de dynamique moléculaire ont plaidé pour l'hypothèse que ce décalage, observé dans diverses solutions aqueuses proviendrait des mouvements vibrationnels qu'ont les molécules d'eau dans ces circonstances^[2].

Applications

Dans l'Univers, les objets peuvent revêtir des couleurs et des températures très variées. Donc pour pouvoir mesurer le décalage vers le bleu ou vers le rouge d'un objet, il est nécessaire de connaître son spectre originel. Or, les spectres sont souvent des plus complexes.

Pour pouvoir mesurer le décalage vers le rouge, les astronomes utilisent des repères fixes dans les spectres : les raies d'absorption. La lumière émise par un objet est en partie ou totalement absorbée par les éléments plus froids entourant l'objet en question. Ces raies d'absorption sont parfaitement définies partout dans l'Univers à des longueurs d'onde précises. Comme nous pouvons déduire les éléments entourant les astres, nous pouvons identifier la différence de position de ces raies entre le modèle théorique et le spectre observé, et ainsi en déduire le décalage.

Au début du XXI^e siècle, on utilise le décalage vers le bleu d'un objet, noté z, pour parler de sa vitesse de rapprochement.

**Calcul du décalage vers le rouge, $z$**
Basé sur la longueur d'onde	Basé sur la fréquence
$z={\frac {\lambda _{\mathrm {obsv} }-\lambda _{\mathrm {emit} }}{\lambda _{\mathrm {emit} }}}$	$z={\frac {f_{\mathrm {emit} }-f_{\mathrm {obsv} }}{f_{\mathrm {obsv} }}}$
$1+z={\frac {\lambda _{\mathrm {obsv} }}{\lambda _{\mathrm {emit} }}}$	$1+z={\frac {f_{\mathrm {emit} }}{f_{\mathrm {obsv} }}}$

Notes et références

↑ (en) Filip Berski et Piotr A. Dybczyński, « Gliese 710 will pass the Sun even closer : Close approach parameters recalculated based on the first Gaia data release », Astronomy & Astrophysics, vol. 595,‎ novembre 2016, p. 1-4, article n^o L10 (DOI 10.1051/0004-6361/201629835).
↑ ^{a et b} (en) Katsufumi Tomobe, Eiji Yamamoto, Dušan Kojić, Yohei Sato, Masato Yasui et Kenji Yasuoka, « Origin of the blueshift of water molecules at interfaces of hydrophilic cyclic compounds », Science Advances, vol. 3, n^o 12,‎ 2017, e1701400 (DOI 10.1126/sciadv.1701400)