Loi de Karlsson

K. G. Karlsson^[2] et G. Burbidge^[3] ont montré que la plupart des rougissements Z (variations relatives de fréquences) des quasars et galaxies compactes est voisine de valeurs remarquables données par la formule :

${\displaystyle Z(n)=nK}$, où K est la constante de Karlsson 0.061 et n un entier 3, 4, 6, etc.

Cette formule a été établie par des statistiques portant sur un nombre croissant de sources et de rougissements^[4]. D'autres auteurs ont cherché une explication à partir de la théorie du Big Bang, et une formule similaire s'appliquant aux galaxies, en vain. En appliquant l'interprétation de la loi de Hubble disant que l'essentiel du rougissement d'un astre dépend de sa distance, les quasars se trouvent sur des sphères centrées sur la Terre qui se trouve ainsi au centre de l'Univers, conclusion qui ne parait appréciée que par quelques religions.

Le rougissement 3K (resp. 4K) est, avec l'approximation de la statistique, le rougissement Z (beta, alpha) (resp. Z(gamma, alpha)) qui amène la fréquence de la raie Lyman beta (resp. gamma) de l'hydrogène à la fréquence Lyman alpha. Il apparaît ainsi normal de lier les rougissements à la spectroscopie de l'hydrogène. On remarque que 3K et 4K mesurent aussi la distance de raies principales de la forêt Lyman des quasars. Ainsi, la formule de Karlsson s'écrit, en fonction des rougissements qui transforment la fréquence de Lyman bêta (resp. Lyman gamma) en fréquence Lyman alpha :

${\displaystyle Z(p,q)=pZ(beta,alpha)+qZ(gamma,alpha)}$, où p et q sont des entiers non négatifs.

Jean-Claude Pecker a proposé, il y a longtemps, d'expliquer les rougissements par des diffusions Raman. Pour que ces diffusions ne brouillent pas les images, il convient qu'elles soient spatialement cohérentes. G. L. Lamb Jr.^[5] a fixé la condition de cohérence : la lumière doit être temporellement incohérente, comme la lumière naturelle modélisée en impulsions dont la durée doit être inférieure à toutes les constantes de temps impliquées dans l'interaction. Avec cette condition, les spectres d'une impulsion excitante et de l'impulsion diffusée se recouvrent, de sorte que le résultat n'est pas deux raies, mais une raie décalée en fréquence. Pour éviter une saturation de niveaux de l'hydrogène, il convient de combiner au moins deux effets Raman, de façon que les atomes d'hydrogène agissent comme des catalyseurs. En accord avec la thermodynamique, l'énergie est transmise du rayon le plus chaud (selon la loi de Planck) au rayon le plus froid. Cet effet est étudié dans les laboratoires sous le nom « Impulsive Stimulated Raman Scattering » (ISRS), en utilisant des impulsions laser de 10 femtosecondes par exemple. Comme l'ordre de grandeur de l'ISRS, dans les meilleures conditions, est inversement proportionnel au cube de la durée des impulsions, l'effet n'est observable, avec les impulsions d'une nanoseconde qui forment la lumière naturelle, qu'avec un parcours astronomique. La substitution de l'incohérence temporelle aux impulsions se traduit dans le sigle, ISRS devenant CREIL (Effet Raman (spatialement) Cohérent en Lumière (temporellement) Incohérente). Le catalyseur doit avoir une période inférieure à 1 ns. La fréquence quadrupolaire de l'atome H dans l'état fondamental 1S (1 420 MHz) est trop élevée. Il faut que l'atome soit excité.