Notre univers ne se limite pas à la Voie lactée !

Notre univers ne se limite pas à la Voie lactée ! 

Mais alors, quelle est sa taille ? Est-il fini ou infini ? Pour répondre à ces questions, revenons sur ce que nous savons.

Interview : quelle est la forme et la taille de l'univers ?  L'univers regroupe l’ensemble des éléments qui nous entourent. Mais, si son contenu est plus ou moins connu, sa forme et sa taille totale demeurent mystérieuses. Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé Richard Taillet, chercheur au LAPTh (Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique théorique), pour qu'il nous explique cette énigme. 

La théorie de la relativité générale d'Einstein nous a appris que l'espace-temps pouvait se déformer comme une membrane élastique. La théorie du Big Bang, bien confirmée par l'expérience et découlant de la théorie d'Einstein, nous indique que l'espace est en expansion. Cette théorie est compatible avec l'idée que notre univers est une sorte de bulle de taille finie qui gonfle, mais aussi avec l'idée que cet univers était déjà de taille infinie au moment où a commencé son expansion.

Cette dernière idée semble paradoxale mais elle est mathématiquement cohérente. On peut aussi penser que seule une petite portion de cet univers infini est entrée en expansion à un moment donné de son histoire.

Un fabuleux voyage à travers l'univers observable de la Terre jusqu'à la sphère de dernière diffusion dont nous parviennent aujourd'hui les plus vieux photons de l'univers. Toutes les distances sont à l'échelle et les objets sont représentés avec le plus d'exactitude possible. © Digital Universe, American Museum of Natural History, YouTube ; musique : Suke Cerulo

Taille de l'univers et rayonnement fossile

En toute rigueur, tout ce que l'on peut dire c'est qu'au moins une portion spatiale d'un espace-temps s'est mis en expansion avec une vitesse dépassant celle de la lumière il y a 13,7 milliards d'années, avant de le faire à un rythme moins rapide bien avant sa première seconde d'existence. De sorte que les régions dont nous parvient aujourd'hui le fameux rayonnement fossile, les plus lointaines observables, sont à une distance d'environ 45,6 milliards d'années-lumière actuellement.

Ce schéma montre la vraie distance actuelle des régions ayant émis les photons du rayonnement fossile que nous observons aujourd'hui. L'univers observable avec le rayonnement fossile est donc une sphère d'un rayon de 45,6 milliards d'années-lumière. Le rayon de la sphère verte, correspondant aux plus lointaines galaxies observées par Hubble, est plus petit. En bleu, c'est la sphère dont le rayon indique la formation des premières étoiles, peu de temps après le début des âges sombres. © Nasa 

Il faut bien comprendre que cette affirmation n'est pas paradoxale car si ni la lumière ni la matière ne peuvent dépasser la vitesse d'environ 300.000 km/s dans l'espace, rien n'empêche l'espace entre deux objets de se dilater à une vitesse bien supérieure.

Au final, la seule chose que nous sachions est que la taille de l'univers observable est d'au moins quelques dizaines de milliards d'années-lumière mais nous ne savons pas si l'univers total lui-même est fini, comme le pensent Stephen Hawking et Jean-Pierre Luminet, ou infini comme le pensent Roger Penrose et d'autres chercheurs

Photos : L'univers, du Big Bang au vivant

Trois étoiles observées par la sonde CoRoT  Voici trois étoiles observées par la sonde CoRoT qui démontrent que les étoiles vibrent comme le Soleil. Cette approche sismologique constitue un nouvel outil pour analyser la structure interne des étoiles, autrement inaccessible. © DR 

La trajectoire elliptique des étoiles de la Voie lactée  La trajectoire elliptique des étoiles autour du centre de la Voie lactée révèle la présence d’un trou noir. Une vingtaine d’années d’observation avec des outils très précis ont permis d’arriver à cette conclusion. Il s’agit d’un petit trou noir qui ne fait que 4 millions de fois la masse du Soleil. © ESO 

Les nuages de gaz et la naissance des étoiles  Ces nuages de gaz situés dans la Voie lactée vont s’effondrer sous l’effet de la gravité et se transformer en pouponnières d’étoiles. On estime qu’entre 3 et 4 nouvelles étoiles naissent chaque année dans notre galaxie. © Hubble Space Telescope 

La mort des étoiles et les naines blanches  À la fin de la vie d’une étoile de la taille du Soleil, survient une période d’expansion, puis une explosion qui expulse une grande partie de sa matière. Ne reste qu’un cœur très dense qu’on appelle naine blanche. Un dé à coudre de la matière d’une naine blanche pèserait environ 1.000 kilos. © DR 

Eta Carinae, une étoile hypergéante  Eta Carinae est une étoile hypergéante comme on en trouve très peu – environ 1 étoile sur 10.000. Elle montre des signes de perturbations, comme en témoignent les immenses lobes aux extrémités. En fin de vie, lorsqu’elle s’effondrera, Eta Carinae deviendra... un trou noir. © N. Smith, J.-A. Morse (U. Colorado) et al., Nasa 

La composition des étoiles : hydrogène et hélium  Le carburant d’une étoile, c’est la matière dont elle est formée, soit essentiellement de l’hydrogène et un peu d’hélium. Plus une étoile est massive, plus elle va fabriquer des éléments chimiques lourds. Au moment de sa mort, l’étoile va disperser toute cette matière dans l’espace. © Nasa, Esa et AURA/Caltech 

Des trous de ver pour voyager dans l'univers ?  Comment voyager dans l’immensité du cosmos ? La théorie d’Einstein permet d’imaginer une solution : le trou de ver. Ainsi, il serait possible d’emprunter un trou noir pour ressortir dans un autre endroit de l’univers par une sorte de symétrique d’un trou noir, qu’on appelle « fontaine blanche ». © Hubble Space Telescope 

La collision des galaxies et la formation de l'oxygène  Voici une simulation de collision de galaxies. Ces collisions sont très importantes car elles génèrent des étoiles géantes bleues à l’origine de la formation de l’oxygène. © John Dubinski, Université de Toronto, Canada 

Comment détecter un trou noir ?  Un trou noir ! Comment le détecter s’il absorbe toute la matière (et la lumière) ? On ne voit pas directement le trou noir, mais bien sa « signature », marquée par des jets de gaz, un rayonnement électromagnétique et des éclairs de rayons gamma. De plus, avant d’être avalée, la matière qui est comprimée et chauffée se met à briller. © DR 

La formation d'un système planétaire autour d'une étoile  Sur cette image, il est possible de voir la formation d’un système planétaire autour d’une étoile. Nous savons maintenant qu’il existe des milliers de systèmes planétaires dans la Voie lactée. © Hubble Space Telescope 

La formation des étoiles à neutrons, ces cadavres cosmiques  L’étoile à neutrons est un « cadavre cosmique ». Elle se forme lorsqu’une étoile géante (environ 10 fois la masse du Soleil) explose après avoir brûlé tout son carburant. L’équivalent d’un dé à coudre de la matière d’une étoile à neutrons pèserait entre 100 millions et 1 milliard de tonnes ! © DR 

Comment détecter les exoplanètes ?  En soustrayant le signal visuel d’une étoile sur des paires de photographies, on arrive à révéler le mouvement des planètes. Cette technique en développement est 100 fois plus puissante que les précédentes pour détecter les exoplanètes ! © Christian Marois, Conseil national de recherches du Canada 

Hubert Reeves et la vie ailleurs dans l'univers  « Je vais vous donner mon opinion personnelle. La vie intelligente est un phénomène très général et répandu. Il y a des millions de groupes, sinon des milliards, qui préparent des émissions de télévision dans lesquelles on discute de la présence de la vie ailleurs dans l’univers. » – Hubert Reeves. Ici, une image de la Voie lactée, notre galaxie. © DR 

L'explosion d'une étoile à neutrons en supernova  Lorsqu’une étoile à neutrons arrive en fin de vie, elle explose en supernova. Ce phénomène cosmique libère autant d’énergie que le Soleil pendant 10 milliards d’années. On compte environ 2 ou 3 supernovas par siècle et par galaxie. La plus récente s’est produite le 24 février 1987. © ESO/L. Calçada 

les extrêmophiles, ces bactéries de l'extrême  Si des bactéries peuvent vivre dans des eaux chaudes et sulfureuses, comme dans les geysers du Parc Yellowstone, aux États-Unis, pourquoi des bactéries ne pourraient-elles pas vivre dans des environnements hostiles comme celui de la planète Mars ? © DR 

Les vents de Saturne  Bien que Saturne reçoive beaucoup moins d’énergie du Soleil que Jupiter, les vents y sont cinq fois plus rapides. Ils atteignent des vitesses de plus de 1.000 kilomètres par heure ! C’est l’une des découvertes inattendues qu’a permis la mission américaine Voyager. © Nasa/JPL 

Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche du Soleil  Pour donner une idée des distances à l’échelle du cosmos, considérons l’étoile la plus proche du Soleil, Proxima du Centaure. Elle est située à 39.900 milliards de kilomètres, soit 4,22 années-lumière. Il faudrait donc 60 millions d’années pour s’y rendre en voiture à 100 km/heure ! © DR 

Les lunes des planètes géantes du Système solaire  Les sondes Voyager ont permis la découverte de plus de 160 lunes autour des planètes géantes – Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Parmi elles, Io a une activité volcanique plus grande que celle de la Terre. © DR 

Qu'est-ce que l'univers ?  C’est seulement au début du XXe siècle que nous avons découvert la véritable dimension de l’univers. Einstein, au moment de ses grandes découvertes, ne la connaissait pas. © Hubble Space Telescope 

L'héliopause, aux confins de la zone d'influence du Soleil  Les sondes Voyager ont battu tous les records de distance ! Elles se trouvent maintenant à plus de 17 milliards de kilomètres de la Terre, aux confins de la zone d’influence du Soleil. © Nasa/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab 

L'âge de l'univers  Le télescope spatial Hubble peut étudier une très petite portion du ciel – un septième du diamètre de la Lune – pendant plusieurs jours. En étudiant les strates d’images captées par Hubble, il devient possible de voir dans le passé. On espère ainsi découvrir les toutes premières générations de galaxies. © DR 

Trois étoiles observées par la sonde CoRoT  Voici trois étoiles observées par la sonde CoRoT qui démontrent que les étoiles vibrent comme le Soleil. Cette approche sismologique constitue un nouvel outil pour analyser la structure interne des étoiles, autrement inaccessible. © DR 

La trajectoire elliptique des étoiles de la Voie lactée  La trajectoire elliptique des étoiles autour du centre de la Voie lactée révèle la présence d’un trou noir. Une vingtaine d’années d’observation avec des outils très précis ont permis d’arriver à cette conclusion. Il s’agit d’un petit trou noir qui ne fait que 4 millions de fois la masse du Soleil. © ESO 

Les nuages de gaz et la naissance des étoiles  Ces nuages de gaz situés dans la Voie lactée vont s’effondrer sous l’effet de la gravité et se transformer en pouponnières d’étoiles. On estime qu’entre 3 et 4 nouvelles étoiles naissent chaque année dans notre galaxie. © Hubble Space Telescope 

La mort des étoiles et les naines blanches  À la fin de la vie d’une étoile de la taille du Soleil, survient une période d’expansion, puis une explosion qui expulse une grande partie de sa matière. Ne reste qu’un cœur très dense qu’on appelle naine blanche. Un dé à coudre de la matière d’une naine blanche pèserait environ 1.000 kilos. © DR