Univers observable | |||||||||||||||||||||||||||||
Historique de la notion d'Univers | Mise à jour 23 mars 2013 | ||||||||||||||||||||||||||||
Cest encore au « miracle grec » -600 à - 470 av. JC. que l'on doit les premières avancées significatives dans la compréhension du monde. Les philosophes Parménide, Platon (428/427 - 348/347 av. JC), et Aristote (384 - 322 av. JC) avaient intégré l'idée d'une Terre sphérique, mais ils la voyaient au centre de l'univers physique, alors que l'école de Milet se représentait la Terre plate. | Kepler, (1571 - 1630) Galilée (1564 - 1642) et Newton (1643 - 1727) posent les bases fondamentales de la mécanique à partir du mouvement des planètes, grâce à leurs études respectives sur le mouvement elliptique des planètes autour du Soleil, l'affinement des observations astronomiques avec la définition du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force de gravité. L'univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire. | Image : Image simulée d'une mince tranche de l'univers. La structure en toile d'araignée des amas de galaxies semble lier ensemble ces amas par des filaments de matière. Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers local, notre Univers. Entre les galaxies on y trouve de la matière constituée de gaz chaud, formant un plasma de millions de degrés. Les amas de galaxies se forment aux croisements des filaments qui composent cette toile d'araignée cosmique. L'Univers est constitué de matière répartie le long de ses immenses filaments entre lesquels se trouvent de vastes bulles vides de matière. | |||||||||||||||||||||||||||
Le rayonnement fossile | |||||||||||||||||||||||||||||
La découverte du rayonnement fossile Fond du ciel, rayonnement de micro-ondes à basse température arrivant à la surface de la Terre depuis toutes les directions du cosmos. On l'appelle ainsi parce qu'il forme un arrière-plan à toutes les sources radio ponctuelles qui ont été détectées par les radiotélescopes. Il fut détecté pour la première fois par Arno Penzias et Robert W. Wilson, en 1965, aux Laboratoires de Bell Telephone, dans le New Jersey. sans source spécifique et résidu des conditions extrêmes qui prévalurent dans les premiers instants de l'univers, a permis de conclure que l'Univers, il y a 15 Milliards d'années, a été à une température d'au moins 3000°C. Cest Arno Penzias et Robert Wilson (1965) qui découvrirent l'existence du rayonnement de fond du ciel à 2,7 K (-270°C). Cette radiation naturelle cosmique peut être trouvée depuis toutes les directions de l'espace. | Cest seulement quand la température diminue que les quarks se combinent pour donner les neutrons, les protons et les mésons. Si l'on remonte encore plus loin, une centaine de seconde avant, on trouve encore des fossiles. Par exemple, le nombre de photons par rapport au nombre d'atomes, est de 3 milliards.
Tableau : équivalences entre les unités de distance. | Image : Le rayonnement du fond du ciel est un rayonnement naturel de microondes fossiles à 2.73 K. | |||||||||||||||||||||||||||
L'âge de l'Univers | |||||||||||||||||||||||||||||
L'âge de l'Univers a été précisé grâce aux observations de la sonde WMAP. Les paramètres cosmologiques indiquent une valeur probable pour l'âge de l'univers d'environ 13,8 milliards d'années avec une incertitude de 0,2 milliard d'années. Ceci est en accord avec les données issues de l'observation des amas globulaires et des naines blanches. L'univers observable contient environ 7×1022 étoiles, répandues dans environ 1010 galaxies, elles-mêmes organisées en amas et superamas de galaxies. Le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand. | Comme la lumière ne se déplace pas à une vitesse infinie, les observations que nous faisons proviennent donc du passé. En regardant de plus en plus loin, nous voyons les objets tel qu'ils étaient dans le passé, à une époque de plus en plus proche du Big Bang. | Image : En 2009, les analyses de l'image WMAP indiquent que l'Univers est âgé de 13,8 milliards d'années (≈1%), il est composé de 73 % d'énergie sombre, 23 % de matière sombre froide, et de seulement 4 % d'atomes. Il est actuellement en expansion au taux de 71 km/s/Mpc (≈5 %). Il est passé par des épisodes d'expansion rapide appelés inflation et grandira pour toujours. | |||||||||||||||||||||||||||
L'Univers que nous ne voyons pas | |||||||||||||||||||||||||||||
L'univers n'est pas constitué que d'atomes, 96% de notre Univers est porté manquant. C'est une théorie que nous avons du mal à conceptualiser. Dans le nord de l'Angleterre au fond d'une mine à 1600 mètres sous la surface de la Terre, des scientifiques recherchent inlassablement une nouvelle particule fondamentale, depuis les années 1970. Dans ces années là, la science pense que l'Univers est complet et que son modèle est satisfaisant. Mais en 1974, deux chercheurs de Princeton dans le New jersey aux États unis, décident de mesurer la quantité de matière contenue dans tout l'Univers. James Peebles et Jeremiah Ostriker simule la stabilité des galaxies et ils se heurtent à un problème. Les galaxies ne sont pas stables et leur modèle informatique montre que les galaxies, au bout d'une période de rotation, se défont. Pour qu'elles soient stables il faut, en théorie, plus de matière, donc plus de gravité afin que le tout ne s'effondre pas. Comme il n'y a pas de matière supplémentaire, les deux scientifiques pour les besoins d'une simulation, en inventent une, la matière noire. L'idée n'est pas nouvelle car dans les années 1930, Fritz Zwicky, astrophysicien américano-suisse (1898-1974) constate une anomalie. | Il s'aperçoit à l’observatoire du Mont Wilson, en observant un groupe de galaxies dans l’amas Coma, que les galaxies tournent les unes autour des autres à toute allure mais que la masse n'est pas suffisante pour les empêcher de se dissocier. En 1933 il est le premier à suggérer la présence d’une matière invisible entre les galaxies mais il ne convaincra personne de l’importance de sa découverte, qui sera oubliée pendant près de quarante ans. Une astronome, Vera Rubin, en plus de ses 4 enfants, se consacre dans les années 1970, à l'étude des galaxies. Elle fait alors une découverte fondamentale. On sait que tout est lié à la gravité, dans le système solaire plus on s'éloigne du Soleil plus sa force gravitationnelle faiblit. Il en est de même pour les galaxies où les étoiles tournent autour d'un champ gravitationnel intense. Vera Rubin constate que les étoiles ne ralentissent pas au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre, leurs vitesses restent constantes, du centre jusqu'à la périphérie. Comme il n'est pas question de remettre en cause les lois de la gravitation, la conclusion est qu'il manque de la masse dans l'univers observable pour assurer sa stabilité. La matière noire, jusqu'à lors ignorée, devient à la mode dans le monde scientifique. | Image : Vue de l'Univers en lumière infrarouge. | |||||||||||||||||||||||||||
Toujours plus proche du Big Bang | |||||||||||||||||||||||||||||
Les astronomes poursuivent activement la chasse aux sursauts gamma car ces phénomènes pourraient nous en apprendre beaucoup sur le premier milliard d’années de l’histoire de notre Univers observable. Le satellite artificiel SWIFT a découvert un sursaut gamma (Gamma-Ray Bursts), survenu lorsque l'Univers n'était âgé que de seulement 640 millions d'années. Il s’agit très probablement d’une hypernova produite par la formation d’un trou noir dans le cœur d’une étoile géante de plusieurs dizaines de fois la masse du Soleil. L’effondrement du cœur de l’étoile et son explosion ont alors produit un faisceau intense et focalisé, de rayons gamma dirigés par chance en direction des instruments de Swift. Il semble que les sursauts gamma soient liés aux stades ultimes de l’évolution stellaire et aux trous noirs. Ce sont des phénomènes extrêmement violents, probablement les plus violents de l'Univers après le Big Bang. SWIFT, le satellite de la NASA a été conçu spécifiquement pour expliquer ces phénomènes. Cette explosion observée en 2009, est la plus lointaine jamais observée par les scientifiques. Sa lumière a voyagé pendant 13,1 milliards d'années avant de nous parvenir. GRB 090423 a duré seulement 10 secondes mais sa lumière a depuis été observée dans de nombreuses longueurs d'ondes, dont celles de l'infrarouge comme sur l'image ci-contre. | Cet évènement donne un aperçu des premiers instants de l'Univers et montre qu'il y avait déjà des étoiles massives. Si ce type d'évènement peut aider les scientifiques à mieux comprendre l'histoire de l'évolution de l'Univers, il apporte surtout bien plus de questions que de réponses. Le dernier record de décalage spectral, et donc d’ancienneté, était détenu par le sursaut gamma de septembre 2008. Celui-ci est plus vieux de 190 millions d'années. Image : Le sursaut gamma GRB 090423 a été découvert par SWIFT, le satellite de la NASA, le 23 avril 2009. Situé à quelques degrés de l'étoile η Leonis (constellation du Lion), c'est en 2009, l'évènement astronomique identifié, le plus éloigné de la Terre. |