CREIL ? Ne cherchez pas. Ce n'est pas la ville du même nom. C'est le nom provisoire d'un effet optique découvert par le professeur français Jacques Moret-Bailly, un effet qui serait marginal s'il n'avait d'énormes répercussions en astrophysique. L'effet CREIL est aussi important que l'effet Doppler, qui expliquait la loi de Hubble, celle qui a dicté les distances proposées pour les galaxies et les quasars, et donc modelé la forme de notre univers. L'effet CREIL, permet de garder la loi de Hubble pour les galaxies, mais en donne une autre explication. La loi de Hubble ne s'applique plus aux quasars, qui avec elle, étaient des astres monstrueux placés aux confins de l'univers. Les quasars deviennent de simples étoiles en fin de vie, perdant leurs milliards d'années-lumière de distance. Ce n'est pas tout : l'univers n'est plus en expansion, et le big-bang n'est plus une idée qui s'impose. Ce vulgaire petit effet optique, qui avait été négligé jusqu'à maintenant transforme r adicalement notre conception de l'univers.

Cet article de vulgarisation, simplifié pour être plus accessible, mais qui se veut sans concession sur sa valeur scientifique, se fonde sur les publications du professeur Jacques Moret-Bailly, qui a découvert l'effet CREIL en réalisant un classement de tous les effets optiques. La case de l'effet CREIL n'était pas encore remplie. Il a eu l'idée de rechercher où pouvait se manifester cet effet, inconnu jusqu'alors. Ses publications les plus récentes ou leur copie sont sur le site Internet arxiv.org en anglais et fichiers pdf, avec les références aux travaux antérieurs. Il suffit sur ce site de chercher dans tous les domaines en donnant le nom de l'auteur. Le document en français de Jacques Moret-Bailly, Effet CREIL en astronomie, placé à la suite de celui-ci, explique l'effet CREIL. Il demande, pour être compris, une culture minimale, mais moins poussée que celle des autres publications. Ce document n'est pas tradui t dans la version en langue anglaise.

La théorie de l'effet CREIL a été publiée dans plusieurs revues d'optique ou de spectroscopie. L'effet CREIL n'est pas contesté par les spécialistes de l'optique, pour lesquels il se classe dans les effets classiques, mais il est encore peu connu des astronomes, qui sont pourtant les premiers concernés.

On observe au laboratoire un effet qui obéit à la même théorie optique, effet nommé "Impulsive stimulated Raman Scattering (ISRS). La différence est la nature des sources de lumière utilisées : lumière naturelle pour le CREIL, impulsions laser femtoseconde pour l'ISRS. La théorie montre les conséquences de cette différence.

L'effet CREIL permet d'interpréter simplement de nombreuses observations astronomiques sans faire appel à des concepts étranges comme la matière noire, la synthèse du fer dans des astres jeunes, en spectroscopie une variation de la "constante de structure fine" .

Cet article a été vu par Jacques Moret-Bailly, pour en exclure toute contre vérité scientifique.

L’univers, tel qu’il est décrit classiquement dans tous les manuels à la fin du vingtième siècle, est constitué de vide et de galaxies contenant des étoiles. Près de nous, le Soleil fait partie de notre galaxie Voie Lactée, avec des étoiles dont les plus proches sont à plusieurs années-lumière. Plus les galaxies sont lointaines, plus elles s’éloignent rapidement de nous, dans un mouvement général d’explosion. C’est l’expansion de l’univers. La loi de Hubble, fondée sur le rougissement des spectres, relie approximativement le décalage des raies du spectre à la distance. Le décalage vers le rouge des spectres est attribué à l'effet Doppler, lié à la vitesse d'éloignement. L’origine de l’explosion est le big-bang, placé au début de l’âge de l’univers qu’on fixe à environ 13,7 milliards d’années. L’univers, très chaud au début, s’est refroidi. Il lui reste une température moyenne de 2,7 K, proche du zéro absolu, mais non nulle.

Les quasars les plus lointains sont des astres observables à plusieurs milliards d’années-lumière. Puisque la lumière a une vitesse très grande, mais finie et constante dans le vide, de 300 000 km/s, il faut rajeunir ce qu’on observe du même nombre d’années que les années-lumière d’éloignement.

Nous observons le monde, par l’intermédiaire des ondes électromagnétiques émises par les constituants du monde. Nous écrivons lumière, même pour ce qui n’est pas visible, en sous-entendant toujours ondes électromagnétiques. Les ondes de radio ont l'avantage d'être à notre échelle et d'avoir des antennes émettrices et réceptrices à notre échelle. Les émetteurs et récepteurs moléculaires, pour les ondes dont la longueur d'onde est de taille moléculaire, ne sont pas observables directement, car ils sont trop petits, mais on en connaît les propriétés. Les propriétés émettrices et réceptrices diffèrent d'une molécule à l'autre.

La lumière est étudiée depuis longtemps. Les émetteurs de lumières sont nombreux : presque toutes les matières rayonnent, et de multiples façons. Tous les corps chauds rayonnent, même les plus froids. La matière peut de même absorber ou modifier la lumière. Les interactions entre lumière et matière sont de plusieurs types. Les spécialistes de l’optique sont parvenus à les classer et les comprendre. Ils ont été aidés dans leurs recherches par la découverte des masers et des lasers, et l’analyse qu’ils ont pu faire des lumières dites cohérentes ou incohérentes. Les interactions peuvent être brutales, avec des variations d’énergie quantifiées de la matière, ou très douces avec des effets cumulatifs.

Une molécule (plus généralement, toute matière) peut devenir émettrice de lumière, si elle a reçu de l’énergie, par exemple par un choc ou une autre lumière. Elle se désactive en émettant un train d’onde lumineux dont la durée est variable mais souvent d’environ 5 ns (5 nanosecondes = 5 milliardièmes de seconde). Ce train, constitué d’environ 2 millions d’ondulations sinusoïdales, se déplace à la vitesse de la lumière, et a environ 1,5 m de long. C’est une onde cohérente sinusoïdale si l’on néglige l’effet des extrémités. La molécule a des voisines qui émettent aussi de la même manière, sans synchronisation avec la première. L’ensemble de ces multiples émissions est incohérent, et forme la lumière naturelle ordinaire.

Dans un laser, les molécules, excitées par une source convenable d’énergie, sont capables d’amplifier la lumière qu’elles reçoivent en gardant la direction d’origine et la cohérence. Par effet cumulatif, on obtient une onde longtemps cohérente dans le temps. Avec les ondes cohérentes, les effets cumulatifs et les interférences sont plus faciles à observer.

La lumière traverse les matières transparentes, comme le verre ou des gaz, en transmettant bien les images. On pense alors que la matière intervient peu. En réalité, la modification effectuée par la matière sur la lumière est souvent importante. Ainsi, une vitre décale les images dans l'espace et oblige la lumière à se tordre dans la vitre. La lumière qui traverse la matière est filtrée par cette matière. Ce filtrage peut conduire à des modifications des intensités, des fréquences et des directions.

De nombreux termes décrivent le comportement de la lumière en présence de matière : absorption, réfraction, amplification, diffusion, dispersion, polarisation, déviation, etc. Les interactions entre lumière et matière sont si multiples que beaucoup s’y perdent.

Réversibilité des interactions de la lumière avec la matière.

L'absorption et l'émission de la lumière par la matière sont des effets inverses. L'effet qui se produit est commandé par une dissymétrie énergétique : une molécule excitée a un surplus d'énergie dont elle se débarrasse en émettant de la lumière, mais la molécule en état énergétique bas peut s'exciter en recevant la lumière. Il y a réversibilité, transfert possible de l'énergie dans un sens ou dans l'autre, entre matière et lumière, et cela avec pratiquement tous les types de transfert. Chacune des fréquences d'un rayon de lumière est associée à une énergie lumineuse et aussi à une température par une formule donnée par Planck. L'interaction de la lumière avec la matière tend à rapprocher la température de la matière des températures de Planck de la lumière aux diverses longueurs d'onde.

L'émission thermique d'un corps chaud (même non noir, donc ordinaire) le montre bien. Le corps noir évoqué ici est lumineux pour un physicien : c'est un corps idéal absorbant toutes les lumières, donc dit noir, mais émettant aussi les lumières liées à sa température (émission thermique).

Faisons transmettre ou réfléchir de la lumière par de la matière homogène ayant la même température : l'effet est neutre. Maintenant, baissons la température de cette matière, ce qui, pour un corps noir, diminue plus l'intensité aux courtes longueurs d'onde qu'aux grandes. Le spectre de la lumière tend vers la température d'un corps noir plus froid, et, en général devient plus rouge.

Les effets précédents font généralement intervenir une excitation ou désexcitation quantifiée de la matière. Mais il existe aussi des « effets paramétriques » interactions de la lumière avec la matière qui ne modifient que légèrement et temporairement l'énergie de la matière. L'effet paramétrique le plus courant est la réfraction liée à une polarisation dynamique souvent fugitive de la matière.

Le contact de plusieurs corps amène les plus chauds à se refroidir, les plus froids à se réchauffer. Plusieurs rayons de lumière peuvent, de la même façon, changer leurs températures en échangeant de l'énergie, ce qui abaisse la fréquence des rayons chauds, et augmente celle des rayons froids. L'effet CREIL est possible quand la matière a les propriétés nécessaires pour provoquer un « contact » des rayons. La matière joue alors un rôle de catalyseur via une interaction paramétrique.

Il faut que la matière soit un gaz dilué possédant des « résonances quadrupolaires » à des fréquences comprises environ entre 1 et 300 megaherz. Comme l'effet CREIL est un effet paramétrique, dans un milieu homogène il ne brouille pas les images. En négligeant les dispersions des propriétés optiques du gaz, la variation relative des fréquences des rayons très chauds ne dépend pas de leur fréquence, ce qui est aussi le cas avec un effet Doppler.

Il est possible d’établir une carte du ciel, fixant les positions angulaires des astres grâce aux trajets généralement rectilignes de la lumière. En plus de la connaissance de la direction, l’analyse de la lumière de chaque astre, principalement l’étude du spectre, donne à peu près tous les renseignements connus. Chaque jour, les astronomes accumulent des données de plus en plus précises. Dans le vide, la lumière, loin de la matière, se propage en ligne droite. L’univers étant presque vide, en première approximation, on observe une étoile dans la direction où elle est. La lumière peut être absorbée, diffusée ou réfractée par la matière, déviée par l'attraction d'astres massifs.

Il y a de la matière dans l’univers, même en dehors des étoiles. Le vide interstellaire n’est pas parfait. Il contient beaucoup de matière, et en particulier de l’hydrogène, le constituant majoritaire de l’univers. Ce vide est plus vide que le meilleur des vides que l’on sait réaliser sur terre. Mais, vu les grandes distances que parcourt la lumière pour nous parvenir, la lumière passe à travers des molécules constituant un gaz très ténu. Ce gaz, assez homogène, brouille rarement les images, mais il faut bien admettre que la lumière qui nous parvient des étoiles a traversé de la matière, et parfois beaucoup.

Près de certains astres, il y a aussi beaucoup de matière. En particulier, les astres qui se contractent, tournent de plus en plus vite pour garder un moment cinétique constant, deviennent instables, et finissent par éjecter de la matière pour retrouver leur stabilité. Les quasars sont probablement dans ce cas. La lumière émise par l’astre et tous les émetteurs plus ou moins gazeux qui l’entourent, traverse des couches de matière plus ou moins chaudes qui en modifient l’intensité et le spectre sans en perturber énormément la direction d'observation. Le spectre d’un corps très chaud contient des raies dont les fréquences sont caractéristiques de la composition de la matière émettrice ou absorbante. Ce spectre est bien connu, mais dans le cas des astres lointains, il est décalé vers le rouge. Jusqu'à la fin du vingtième siècle, ce décalage était traditionnellement expliqué par l’effet Doppler, donc lié à la vitesse d’éloignement de l’astre.

Le problème, avec les quasars, est que le décalage est si fort, qu’il faut placer les quasars presque aux limites de l’univers, à des milliards d’années-lumières. Pour voir un astre à ces distances, il faut lui attribuer une luminosité faramineuse, du même ordre de grandeur que celle des galaxies : des accumulations de milliards d'étoiles. Ce type d’astre est inclassable, et pourtant, il existe, en multiples exemplaires. L’idée est d’attribuer au décalage des raies une autre origine que l’effet Doppler, mais quel effet ? Les astrophysiciens se sont cassés les dents sur un substitut à l’effet Doppler. Des explications farfelues ont fleuri. Elles ont toutes été écartées, jusqu’à ce que le professeur d’optique Jacques Moret-Bailly propose l’effet qu’il appelle CREIL.

Cet effet est un enfant de l’optique classique, celle qui permet d’expliquer les multiples interactions entre matière et lumière, et qui nous a fourni ces merveilleux instruments que sont les lasers. Les conditions à respecter pour que l’effet se manifeste sont les suivantes. Longs trajets lumineux dans un gaz peu dense (presque le vide), et présence de quelques matières particulières qui provoquent l’effet (des molécules plus aptes que d'autres à provoquer des interactions avec la lumière : nommons les des catalyseurs). L’une de ces matières est la molécule d’hydrogène ayant perdu un électron. Cet ion a une durée de vie courte s’il est soumis à des chocs, mais dans le vide poussé, sa durée de vie est assez longue, et il est généré par des rayonnements ultraviolets. Il existe d'autres allotropes et combinaisons d'isotopes de l'hydrogène dotés des mêmes propriétés. La lumière qui traverse ce gaz est très légèrement décalée vers le rouge par effet CREIL. Il faut des parcou rs astronomiques pour obtenir un effet palpable. Mais l’effet est cumulatif : plus on traverse de gaz, et plus le décalage est grand. L’effet CREIL a un résultat très analogue à l’effet Doppler, et on peut les confondre, mais la vitesse de la source ou les vitesses des molécules ne sont pas en cause avec l'effet CREIL. Il n’y a que la quantité de matière traversée pour donner le décalage.

Le gaz de l’espace intergalactique a une température voisine de 2,7 K. Il émet et absorbe un rayonnement thermique qui est en équilibre avec lui. Les transferts de chaleur ont lieu dans un gaz par rayonnement, et par convection et conduction localement. Le rayonnement est prépondérant dans les milieux étendus transparents comme l’espace. Le gaz de l’espace est très transparent, ce qui permet des échanges à grande distance, mais ralentit considérablement la vitesse d’échange de chaleur par le rayonnement. Les sources de chaleur, comme les étoiles, envoient des rayonnements qui traversent le gaz facilement sans beaucoup interagir. Ainsi, la plupart des observations astronomiques ne tiennent pas compte du passage de la lumière à travers le gaz. On a donc un gaz, à 2,7 K, parcouru par de la lumière froide venant d’un corps à 2,7 K, mais sans interaction importante entre les deux. L'effet CREIL est l' interaction la plus importante, et elle se manifeste par le décalage de fré quence des rayonnements de courte longueur d'onde, et l'équilibrage thermique donnant le rayonnement à 2,7K. Les lumières chaudes ou froides, qui traversent simultanément le gaz, se croisent et ne sont pas déviées. Elles rapprochent légèrement leurs températures et leurs fréquences par effet CREIL. Près des étoiles, mais toujours dans un gaz dilué, la lumière de l’étoile est la plus chaude. Elle communique aux autres lumières plus froides une partie de sa chaleur par effet CREIL en augmentant les fréquences. La lumière de l’étoile est décalée vers le rouge, et les autres lumières vers le bleu. Ainsi, les ondes de radio, qui ont une température seulement un peu plus élevée que 2,7 K, loin des émetteurs, augmentent leur fréquence quand elles baignent dans une forte lumière comme celle du soleil, sur de longues distances.

L'effet CREIL (chaud) se produit dans les couches de gaz chaud se trouvant autour de certains astres très chauds comme les quasars, les ions de l'hydrogène permettant l'effet. Cet effet chaud est assez intense pour provoquer un fort décalage des raies du spectre. Le rougissement, lié à l'astre, est intrinsèque. Le spectre CREIL chaud d'un tel astre diffère un peu d'un spectre Doppler.

L'effet CREIL est le seul effet optique cohérent et intense que l'on puisse avoir dans l'espace. Il ne brouille pas les images, et a longtemps été ignoré. L'extrême raréfaction du gaz et les distances nécessaires pour qu'il se manifeste, rendraient très coûteuse son observation dans une expérience de laboratoire. Généralement négligeable, il n'est important que sur des distances astronomiques. Il ne se voyait pas, caché derrière l'effet Doppler. Désormais, l'effet CREIL se montre aussi important que l'effet Doppler en astrophysique

L’effet CREIL explique fort bien le spectre des quasars. Ce spectre est fortement décalé vers le rouge à cause de la grande quantité de gaz qui entoure localement le quasar, mais encore sur des distances astronomiques. L'effet CREIL empiète sur l’effet Doppler. De combien ? Il est difficile de trancher, car les deux effets peuvent se cumuler. Cependant, l'effet CREIL explique si bien la complexité des spectres des quasars, en éliminant le recours à de la matière noire et autres artifices, que son intervention est indiscutable. De même, les observations de plusieurs quasars les lient assez remarquablement à des galaxies proches pour qu’ils semblent appartenir au même système d’astres, de sorte que l’essentiel de leur rougissement parait intrinsèque. L'effet Doppler existe toujours, comme le montrent les quelques galaxies proches qui ont un spectre décalé vers le bleu, et qui viennent vers nous. Mais ce sont des mouvements locaux, et les galaxies lointaines ont toutes un s pectre décalé vers le rouge. À la limite, pour les quasars, on peut attribuer presque tout à l’effet CREIL, et ramener les quasars plus près de nous, l'effet Doppler restant marginal. Les quasars ne sont plus des astres d'une luminosité hors limites. Ce sont de simples étoiles, étoiles en fin de vie, transformées en étoiles à neutrons, ayant expulsé une bonne partie de leur matière au moment de leur effondrement sur elles-mêmes, quand les protons des noyaux ont fusionnés avec les électrons des atomes pour créer des neutrons. On a cherché ces étoiles (en accrétion), prévues par la théorie de l’évolution des étoiles ! Personne n’avait compris qu’on les voyait depuis longtemps, en les appelant quasars, car l’effet Doppler était intouchable.

Soyons iconoclastes. Enlevons aussi la plus grande partie de l’effet Doppler des galaxies lointaines, et remplaçons le par l’effet CREIL (froid) dans le gaz raréfié qui se trouve entre ces galaxies et nous. Il y a d’autant plus de gaz qu’elles sont lointaines, si l’on admet une répartition assez uniforme du gaz dans l’univers. L'effet CREIL est alors d'autant plus important que la distance est grande, et il se substitue à l'effet Doppler pour expliquer la loi de Hubble qui relie la distance au décalage. Sans l'effet Doppler, nul besoin de donner une grande vitesse à ces galaxies, mais elles restent à grande distance, comme le montre leur luminosité. On peut envisager un univers assez statique, avec seulement des mouvements locaux, se débarrasser de l’expansion de l’univers, et par la même occasion du big-bang. La loi de Hubble reste valable en l'absence de nuages gazeux locaux, ce qui est sensiblement réalisé pour les galaxies, mais non pour les quasars

La température de l’univers s'explique autrement que par les radiations fossiles des restes du big-bang. Grâce à l’effet CREIL, la matière et les radiations interagissent thermiquement. L’énergie passe du chaud au froid à 2,7K en respectant le second principe de la thermodynamique, mais l'effet CREIL n'implique pas un éventuel équilibrage définitif du rayonnement thermique à cette température.

Cette construction de l'univers autour de l'effet CREIL est très satisfaisante pour l'esprit. Sa simplicité et sa grande coïncidence avec la réalité plaident en sa faveur. Le nombre des astrophysiciens qui s'y rallient est de plus en plus grand, tout en restant encore faible, l'inertie devant l'évolution étant naturelle.

L’effet CREIL ne se limite pas à expliquer ce que nous voyons des étoiles. Il s’applique aussi à un effet observé avec les sondes spatiales Pioneer 10 et 11 qui ont été envoyées par la NASA au delà de la limite conventionnelle du système solaire. Les ondes de radio de ces sondes sont légèrement décalées vers le bleu, donc leur énergie augmente avant de nous parvenir. On a là un effet inverse de ce qui est observé pour la lumière des quasars et des galaxies dont l’énergie diminue au bénéfice de rayonnements plus froids. En effet, le rayonnement thermique (qui, pour les auditeurs de la radio constitue un bruit de fond) et les ondes radio (qui ne sont pas beaucoup plus puissantes à quelque distance de Pioneer) reçoivent, par effet CREIL de l'énergie du rayonnement solaire.

Voilà : l’univers est bouleversé par l’effet CREIL. L’effet Doppler a trouvé un substitut, même s’il continue d’exister, en écho aux mouvements locaux. Il faut revoir tous nos manuels, tous les livres d’astronomie, et c'est sérieux. L’effet CREIL a été contrôlé et encore contrôlé par les spécialistes de l’optique. Son importance en astrophysique apparaîtra aussi grande que celle de l’effet Doppler. Les astrophysiciens renonceront à la loi de Hubble pour les quasars. Adieu les montagnes de considérations philosophiques sur le big-bang et l'expansion de l'univers. Beaucoup d'audacieuses constructions s’effondrent. L’effet CREIL simplifie notre vision de l’Univers.