Ce que les ambulances et l’espace ont en commun ? L’effet Doppler

Caractérisant la modification de la fréquence d’une onde lorsque la source émettrice et le récepteur sont en mouvement relatif, l’effet Doppler a permis l’une des découvertes scientifiques les plus étonnantes de l’histoire humaine : le fait que l’univers soit en perpétuelle expansion.

Comment fonctionne l’effet Doppler ?

Imaginez un moustique au milieu d’un étang, et deux observateurs (A et B) assis de chaque côté du plan d’eau. Si l’insecte bouge ses pattes une fois par seconde, il créera de minuscules vaguelettes dans l’eau qui se déplaceront dans toutes les directions et atteindront les observateurs au même rythme. Mais si le moustique se déplace vers A, ces ondes vont avoir tendance à atteindre ce dernier plus régulièrement (c’est à dire à une fréquence plus élevée). À l’inverse, celles-ci atteindront B moins fréquemment. Les ondes sonores fonctionnement de la même façon.

Lire aussi Le CERN produit des hypernoyaux, un nouveau type de matière exotique

Lorsqu’un véhicule équipé d’une sirène roule dans votre direction, vous entendez un son de plus en plus aigu, puisque que les ondes sonores qu’il génère vous parviennent à une fréquence de plus en plus élevée. Une fois qu’il passe et commence à s’éloigner, la hauteur de ces ondes sonores va diminuer étant donné que ces dernières vous atteignent de moins en moins fréquemment. L’effet Doppler est la clé de nombreuses technologies modernes : les radars et les satellites utilisent ce phénomène pour détecter la vitesse des objets en mouvement et cartographier la Terre, tandis que les médecins s’en servent pour diagnostiquer les troubles cardiovasculaires par échocardiogramme.

Et l’Univers dans tout ça ?

Les ondes mécaniques, sonores et électro-magnétiques sont toutes soumises à l’effet Doppler. Lorsque les ondes lumineuses diminuent en fréquence, elles changent de couleur sur le spectre électromagnétique. Dans la partie visible de ce spectre, la lumière rouge possède la fréquence la plus basse et la lumière bleue la plus élevée. Par conséquent, lorsqu’un objet s’éloigne de nous dans l’espace, les ondes lumineuses qui nous parviennent tirent sur le rouge. La teinte des ondes des galaxies lointaines donne aux astronomes des informations précises sur la vitesse à laquelle ces dernières s’éloignent de la Terre.

Il s’avère que plus un corps céleste est éloigné de la Terre, plus la lumière qu’il émet tire sur le rouge. Ce qui signifie que les galaxies les plus éloignées de l’univers s’éloignent de la Terre plus rapidement que celles qui lui sont proches. En d’autres termes, l’Univers est non seulement en expansion, mais son taux d’expansion augmente continuellement au fil du temps. Comme si ce n’était pas assez époustouflant, de nouvelles recherches suggèrent que l’accélération de l’expansion de l’Univers pourrait ne pas être uniforme dans tout l’espace.

Lire aussi Des physiciens observent pour la première fois une particule décrite il y a plus d’une décennie