Prendre les mesures de l’Univers

Depuis 2000, les 3 programmes de sondage du ciel appelés Sloan Digital Sky Surveys (SDSS I, II et III) ont observé plus d’un quart du ciel nocturne, produisant la plus grande carte 3D de l’Univers.

Les scientifiques utilisent maintenant cette information visuelle pour calculer exactement comment la matière s’est agglutinée en partant de l’époque où l’Univers avait seulement la moitié de son âge actuel jusqu’à maintenant

« La manière dont les amas de galaxies se sont regroupés sur les vastes étendues du ciel nous explique comment la matière visible ordinaire et la matière noire sont distribuées à travers l’Espace et dans le temps », explique Shirley Ho, astrophysicienne au Lawrence Berkeley National Laboratory et à l’Université de Carnegie Mellon qui a dirigé cette étude. « La distribution nous donne des règles cosmiques pour mesurer comment l’Univers s’est étendu, et une base pour calculer son contenu : combien de matière noire, combien d’énergie noire, et même la masse des neutrinos (pourtant difficiles à observer) qu’il contient. Ce qui reste est la matière ordinaire et l’énergie qui nous sont familières ».

Pour cette étude, Ho et ses collègues ont sélectionné 900 000 galaxies lumineuses parmi les plus de 1,5 millions de telles galaxies rassemblées par le Baryon Oscillation Spectrographic Survey (BOSS), la composante la plus importante du SDSS III en cours. La plupart d’entre elles sont d’anciennes galaxies rouges qui contiennent seulement des étoiles rouges, parce que leurs étoiles à combustion rapide ont disparu depuis longtemps, et qui sont exceptionnellement brillantes et visibles à de grande distances. Les galaxies choisies pour cette étude remplissent le plus grand volume d’espace jamais utilisé pour des mesures du regroupement galactique. Leur luminosité a été mesurée dans 5 couleurs différentes, permettant d’estimer le décalage vers le rouge de chacune d’entre elles.

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Les propriétés fondamentales de l’Univers

Si l’on veut décrire de manière simple l’Univers tel que nous le connaissons, on peut dire qu’il consiste en quelques éléments qui nous sont familiers.

Passons ces éléments en revue :

Espace

C’est une représentation en 3 dimensions de tout ce que nous observons. L’Espace permet aux objets de s’étendre sur les dimensions gauche/droite, haut/bas et avant/arrière.

Temps

Le Temps est la 4ème dimension. Dans notre vie quotidienne, le temps est ce qui nous permet de mesurer la succession des évènements dans l’Espace mais c’est beaucoup plus que ça en réalité. Nous utilisons le temps comme un outil mais il est essentiel pour notre existence physique. L’Espace et le Temps, lorsqu’ils sont utilisés pour décrire des évènements, ne peuvent être séparés. Ils sont intrinsèquement liés. Avoir l’un sans l’autre n’a aucun sens dans notre monde physique. Cette dépendance mutuelle est appelée le continuum espace-temps. Dans cet Espace-Temps il n’y a pas de temps universel : c’est la fin de la notion de simultanéité.

Matière

Dans sa définition la plus fondamentale, la matière est ce qui occupe l’espace. Tout objet que vous pouvez voir, toucher ou bouger en lui appliquant une force. Elle est constituée de millions de milliards d’atomes. Pour comprendre la matière, regardons l’atome. Il est maintenant accepté que les atomes sont constitués de 3 particules appelées neutrons, protons et électrons. Les neutrons (sans charge) et les protons (charge positive) se trouvent dans le noyau atomique et les électrons (charge négative) entourent le noyau. Les atomes sont organisés en fonction de leur nombre de protons dans le tableau périodique des éléments.

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Pourquoi la nuit est noire ?

Dans un Univers infini et statique qui existerait depuis toujours, il n’y aurait pas de nuit. Le ciel serait toujours lumineux après le coucher du Soleil. Quelle que soit la direction vers laquelle vous regarderiez, il y aurait toujours des étoiles dont la lumière aurait eu tout le temps nécessaire pour arriver jusqu’à nous.

Même si l’intensité de la lumière des étoiles diminue à mesure de leur éloignement, s’il y avait une infinité d’étoiles, le ciel serait toujours éclairé comme en plein jour en raison de leur nombre. Si le ciel est noir la nuit c’est que l’Univers n’existe pas depuis toujours (d’après les dernières estimations il aurait 13,75 milliards d’années) et qu’il est en expansion, ce qui empêche la lumière (dont la vitesse est limitée) des étoiles les plus lointaines d’arriver jusqu’à nous et induit un décalage de la longueur d’onde de la lumière de toutes les autres étoiles (proportionnel à leur éloignement) qui a pour effet de rendre les plus lointaines invisibles à l’oeil nu.

Voyage à travers l’Univers : une magnifique vidéo à vous donner des frissons

Attachez vos ceintures. Embarquement immédiat.

Des collisions de galaxies dans un Univers en expansion ? Comment est-ce possible ?

Les scientifiques théorisent que l’Univers est en expansion parce que tout s’éloigne de tout le reste. Comme alors expliquer que des galaxies puissent entrer en collision ?

Oui, l’Univers est en expansion mais il est possible que des galaxies entrent en collision. C’est dû au fait que les galaxies qui sont très proches les unes des autres s’attirent gravitationnellement, contrecarrant ainsi la force répulsive qui provoque l’expansion.

On pense que cette force de répulsion est dûe à l’énergie noire (énergie du vide) qui est anti-gravitationnelle. C’est cette force qui sépare les galaxies. Cependant, si les galaxies sont assez proches, leur gravitation locale peut surmonter cette répulsion.

En fait on pense que les galaxies elliptiques sont le résultat de la collision de plusieurs galaxies plus petites. Les galaxies se dévorent les unes les autres et créent ainsi des galaxies elliptiques plus grandes.

Notre propre galaxie, la Voie Lactée, pourrait être sur une trajectoire de collision avec la galaxie d’Andromède, sa plus proche voisine. Au centre d’Andromède, nous voyons pas un mais 2 objets de type trou noir. Peut-être qu’Andromède « digère » une galaxie qu’elle aurait absorbé par le passé. Et peut-être que, des milliards d’années dans le futur, le trou noir situé au centre de notre Voie Lactée pourrait se retrouver dans le noyau d’une autre galaxie créée par la collision entre la Voie Lactée et Andromède.

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