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   Catégorie : univers
Mise à jour 15 février 2015
  Taille de l'univers visible

Image : l'univers visible peut se découper en tranches observables. En découpant une tranche d'univers située à 5 milliards d'années-lumière de nous, nous voyons tous les objets dont la lumière est partie il y a 5 Ga. En découpant une tranche d'univers située à 10 milliards d'années-lumière, nous voyons tous les objets dont la lumière est partie il y a 10 Ga. Par contre dans une tranche d'univers située à 15 milliards d'années-lumière, nous ne voyons rien, que du noir, car tous les objets dont la lumière est partie il y a 15 Ga se situent derrière l'horizon cosmologique et malheureusement pour la plupart d'entre eux, ils ne seront jamais visibles. Les plus anciennes lumières que nous voyons datent de 13,8 Ga. Les plus lointaines galaxies visibles s'éloignent de nous à des vitesses atteignant 90 à 95 % de la vitesse de la lumière (300 000 kilomètres à la seconde). Les galaxies encore plus lointaines s'éloignent à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière et leur lumière ne pourra jamais nous parvenir. L'univers visible grandit d'une année, chaque année. Cependant l'univers continue de s'étendre et certains objets ne seront jamais visibles car ils s'éloignent de nous plus vite que la vitesse de la lumière. Crédit : astronoo.com

nota : L'âge de l'Univers a été reprécisé en 2014 grâce aux observations de la mission PLANCK. Les paramètres cosmologiques indiquent une valeur probable pour l'âge de l'univers visible, d'environ 13,798 (± 0,037) milliards d'années.
   
  
Les univers observables dans l'univers dans son ensemble... par astronoo
   
  Univers vu par la mission Planck

Image : Les premières lueurs de l'univers observable vues par la mission Planck (mars 2013). Cette image représente les signaux les plus lointains que nous recevons. Les fausses couleurs, du rouge (régions chaudes) jusqu’au bleu (régions froides), représentent les fluctuations de température du fond diffus cosmologique. Crédit image: ESA et Planck collaboration.

La mécanique quantique décrit les phénomènes physiques fondamentaux à l'œuvre à l'échelle atomique et subatomique. Elle fut développée au début du XXe siècle par une dizaine de physiciens dont Planck, Einstein, Heisenberg, Bohr, de Broglie, Schrödinger, Feynman afin de résoudre différents problèmes comme le rayonnement du corps noir, l'effet photo-électrique, ou l'existence des raies spectrales. La mécanique quantique se montra si féconde qu'elle résolut le mystère de la structure de l'atome. Elle décrit aussi le comportement des particules élémentaires et constitue le socle de la physique moderne. La théorie quantique des champs est utilisée en physique des particules élémentaires, elle fournit un cadre théorique pour décrire les degrés de liberté des champs et des systèmes à grand nombre de corps. Elle permet de quantifier les interactions entre les particules. Les forces entre les particules sont en fait des échanges d'autres particules virtuelles, appelées médiateurs. La force électromagnétique entre deux électrons est causée par un échange de photons. L'interaction faible est causée par un échange de bosons W et Z. L'interaction forte est causée par un échange de gluons. La gravité n'est pas décrite par un échange de particule, mais de nombreuses de théories anticipent l'existence d'un graviton qui en serait le médiateur. Il est plus juste de dire "théorie générale de la relativité" que "théorie de la relativité générale", c'est la théorie qui est générale et non la relativité. La théorie générale étend la théorie restreinte de la relativité, à la gravitation.
Pour les puristes, la théorie générale de la relativité est une théorie relativiste de la gravitation élaborée entre 1907 et 1915 principalement par Albert Einstein. Marcel Grossmann et David Hilbert sont également associés à cette réalisation pour avoir aidé Einstein à franchir les difficultés mathématiques de la théorie. La théorie générale de la relativité énonce que la gravitation est la manifestation de la courbure de l'espace-temps, produite par la distribution de la matière et de l'énergie. La mesure de la courbure moyenne de l'espace-temps est égale à la mesure de la densité d'énergie (Gij = χ Tij) Gij est le tenseur d'Einstein qui représente la courbure de l'espace-temps en un point, Tij est le tenseur énergie-impulsion qui représente la contribution de toute la matière et énergie à la densité d'énergie en ce point du champ gravitationnel. χ est un simple facteur dimensionnel, permettant d'exprimer l'équation dans les unités usuelles et de faire correspondre l'équation à la réalité physique et à la valeur observée de la constante gravitationnelle.
L'univers observable est la partie visible de notre Univers. Chaque observateur se trouve au centre d'une "sphère lumineuse" dont la surface se situe sur l'horizon cosmologique. D'autres observateurs ailleurs dans l'univers voient leur propre sphère observable avec le même rayon que notre sphère. Ainsi chaque sphère lumineuse a un rayon fini de 13,8 milliards d'années-lumière car la lumière des objets célestes situés au-delà de l'horizon n'a pas eu le temps de parvenir jusqu'à nous. Mais l'univers observable s'agrandit au cours du temps, le rayon de l'univers visible grandit chaque année, d'une année-lumière, et même un peu plus en tenant compte de l'expansion de l'Univers. Certains objets aujourd'hui invisibles deviendront visibles mais d'autres objets très lointains, à cause de l'expansion de l'univers, s'éloignent de nous à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière. Ces objets lointains "ne seront jamais visibles" et cela ne viole pas le principe qui dit qu'aucun objet ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière, puisque c'est l'espace entre les objets qui enfle. L'horizon cosmologique est la limite de l'univers observable depuis un point donné d'un "univers réel".
La lumière ayant une vitesse finie (≈300 000 km/s), cet horizon se situe à 13,8 milliards d'années-lumière, c'est la limite d'où un rayonnement électromagnétique peut être issu.
Certaines régions de l'univers sont inaccessibles à l'observation car elles se situent derrière l'horizon cosmologique de l'observateur.
Les signaux les plus lointains que nous recevons viennent du fond diffus cosmologique (13,798 millairds d'années).
Les plus lointaines galaxies visibles s'éloignent de nous à des vitesses atteignant 90 à 95 % de la vitesse de la lumière. Les galaxies encore plus lointaines s'éloignent à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière et leur lumière ne pourra jamais nous parvenir. L'espace que nous voyons jusqu'à 13,8 milliards d'années est limité par notre horizon c'est à dire l'endroit où la lumière des plus lointaines galaxies peut encore nous parvenir. En d'autres termes les galaxies qui n'ont pas encore quitté notre univers observable sont visibles mais là où l'inflation fait gonfler l'espace plus rapidement que la vitesse de la lumière, les galaxies au bord de cette univers vont disparaitre car leur vitesse apparente va dépasser la vitesse de la lumière qui ne nous parviendra plus jamais, elles deviendront invisibles pour toujours.
La surface de dernière diffusion est la région de l'espace d'où a été émis les derniers photons, ceux qui n'ont pas été réabsorbés par la matière. Ainsi le rayonnement électromagnétique le plus ancien de l'univers est parti de cette surface de dernière diffusion, c'est le fond diffus cosmologique que l'on observe aujourd'hui partout dans notre univers. Le rayon de Hubble correspond approximativement au rayon de la portion observable d'un univers en expansion. Autrement dit la taille de l'univers observable est du même ordre de grandeur que le rayon de Hubble. Cependant la relation entre la taille de l'univers observable et le rayon de Hubble dépend du modèle cosmologique considéré.

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