Expansion de l'univers

Posons le problème de la définition de la distance dans un univers en expansion : Deux galaxies se trouvent proches l'une de l'autre lorsque l'univers n'est agé que d'un milliard d'années. La première galaxie émet une impulsion lumineuse. La seconde galaxie ne reçoit pas l'impulsion avant que l'univers n'ait 14 milliards d'années. Pendant ce temps, les galaxies se sont séparées de 26 milliards d'années lumière ; l'impulsion lumineuse a voyagé pendant 13 milliards d'années ; et les habitants de la seconde galaxie voient la première telle qu'elle était quand elle n'avait qu'un milliard d'années et qu'elle se trouvait à 2 milliards d'années lumière.

Ci-dessus, un tracé des quatre échelles de distance en fonction du redshift. Le redshift est une mesure de la vitesse provoquée par l'expansion de l'univers - une galaxie avec un grand redshift se situe plus loin qu'une galaxie avec un petit redshift. Les galaxies les plus lointaines visibles par le télescope spatial Hubble se trouvent au redshift 10, et les protogalaxies les plus distantes de l'univers sont sans doute aux alentours d'un redshift de 15. Le bord de l'univers visible possède un redshift infini. Un télescope d'amateur typique, en comparaison, ne peut pas voir au delà d'un redshift de 0.1 (environ 1.3 milliard d'années lumière).

La Distance de Luminosité (DL) nous montre pourquoi il est si difficile de voir les galaxies les plus lointaines - une protogalaxie très lointaine avec un redshift de 15 nous apparaitrait comme si elle se trouvait éloigné de 560 milliards d'années lumière, même si sa Distance Angulaire (DA) nous dit qu'elle était à 2.2 milliards d'années lumière lorsqu'elle a émis la lumière que nous voyons maintenant. La Distance Propre des Photons (DLT) nous indique que cette protogalaxie aurait voyagé pendant 13.6 milliards d'années entre le moment où elle a émis sa lumière et maintenant. Enfin la Distance Comobile (DC) nous dit que cette même galaxie aujourd'hui, si nous pouvions la voir, serait à environ 35 milliards d'années lumière de nous.