Cosmologie


TechniquesOutilsCosmologieGalerie

L'UNIVERS

Qui n'a jamais regardé le ciel en se demandant où,il " finissait" voir où il " commençait" ?

L'univers visible a un rayon de13,819 milliards d'années lumière car  son âge est   de13,819 milliards d'années (d'après les dernières mesures réalisées par le satellite PLanck).

 

Rappellons que l'année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an.

La vitesse de la lumière (  notée C ) est de  précisément   299 792 458 m/s, soit approximativement 300 000 km/s.

En une année la lumière se déplace donc de   :

299 792 458  x 3 600 x 24 x 365 =   9 454 254 955 488 000  mètres soit 9 454 254 955 488  Kilomètres

Soit approximativement   9 500 milliards de kilomètres !

 

L'Univers est par contre beaucoup plus vaste que ces 13,819 milliards d'années lumière, qui ne sont que le diamètre apparent la lumière des objets plus éloignés n'ayant pas eu le temps de nous parvenir.

La cause en est l'expansion de l'Univers. Par expansion il faut entendre dilatation.

Cette dilatation de l'Univers est telle que la  vitesse à laquelle l'espace  se dilate  est supérieure à celle de la lumière (Planck a mesuré que la vitese d'expansion de l'univers était de 67,9 km/s/megaparsec). Cette dilatation a été fulgurante lors du Big-Bang, cette phase initiale  est appellée inflation. C'est ce phénomène de dilatation  qui est la raison de la noirceur de la nuit !

 

 

L'astronome allemand Heinrich Olbers posa le problème. Connu par la suite sous le nom   " Paradoxe d'Olbers" , à savoir  :

Pourquoi la nuit est elle noire si il y a un très grand  nombre d'étoiles ?

Dans ce cas en effet, quelque soit la direction dans laquelle on regarde, notre regard devrait  tomber sur la lumière émise par une étoile, fut elle la plus lointaine !

De même qu'un observateur qui se trouve au centre d'une très grande  forêt devrait voir dans quelque direction qu'il se tourne, un arbre qui lui bouche la vue !

La dilatation de l'Univers explique le phénomène, un photon (particule de lumière) qui voyage à C (constante de la vitesse de la lumière ), ne pourra jamais atteindre l'oeil d'un observateur éloigné  de cette source de lumière, alors que  l'espace qui les sépare se dilate plus vite que la vitesse de  la lumière (voir l'animation gif ci-dessous).

 

 

L'EXPANSION DE L'UNIVERS

Exemple : 2 galaxies sont  relativement proches  au départ, elles s'éloignent l'une de l'autre à mesure que l'Univers se dilate. Les  photons émis par la galaxie de droite n'atteindront jamais celle de gauche, sa vitesse étant inférieure à la vitesse d'expansion de l'Univers, inversement c'est aussi valable pour les photons émis par celle de gauche vers celle de droite !

 

Il faut toutefois préciser que cette dilatation de l'Univers n'est observable que sur des échelles cosmologiques (plusieurs milliards d'années lumière). A notre échelle, et pour le temps présent, nous avons n'avons aucune chance de voir notre environnement se dilater !

Ainsi, les galaxies membres d'un même amas, subissent au contraire les effets de la gravitation et fusionnent lorsqu'elles sont trop proches les unes des autres. On parle là, de structures qui peuvent atteindre quelques dizaines de millions d'années lumière de diamètre ! Ceci est valable également pour les superamas de galaxies qui regroupent plusieurs amas de galaxies.

L'Univers est un tout et n'a pas de centre ! Quelque soit le lieu de celui-ci où on se trouve, l'horizon de l'Univers visible sera toujours de13,819 milliards d'années lumière. C'est aussi pourquoi chacun en observant le ciel à la sensation d'être au " centre" de l'Univers !

Ce phénomène de dilatation, implique que les galaxies qui nous apparaissent à la limite de l'Univers visible (à 13,819 Mds d'A-L), ont en fait émis leur lumière alors qu'elles étaient beaucoup plus proches de nous. Aujourd'hui, elles sont  en réalité, beaucoup plus loin que ce qu'elles semblent être. Ne nous parviennent plus que les photons   qu'elles ont émis dans leur jeunesse, regarder loin dans l'Univers, c'est regarder loin dans le passé !

récession des galaxies :

Une des principales conséquences de cette expansion de l'Univers et le premier indice qui nous l'a fait découvrir (Edwin Hubble) est la mise en évidence de la fuite des galaxies, on parle de récession des galaxies.

Elle se manifeste par le décalage vers les grandes longueurs d'ondes du spectre électromagnétique ( les rayons gamma ainsi que ondes radio en font partie). Sur le domaine visible de ce spectre toutes les couleurs semblent se décaler vers le rouge d'ou le nom qui lui a été attribué de décalage vers le rouge, redshift en anglais.

Le phénomène en oeuvre est appelé effet Doppler-Fizeau, il est similaire sur le spectre électromagnétique au phénomène que nous pouvons entendre lorsqu'un véhicule s'approche de nous à grande vitesse, l'onde sonore qu'il émet est aigue par contre dès qu'il s'éloigne ce son devient grave. La raison en est la compression des ondes sonores, le véhicule rattrape les ondes sonores qu'il émet   quand il s'approche de nous, donc les compresse quand  il s'éloigne de nous, c'est le contraire, les ondes sonores s'espacent.

Il en va de même pour la lumière. Quand une galaxie s'approche de la notre sa lumière visible est décalée vers le bleu et vers le rouge quand elle s'en éloigne.

Décalage vers le rouge :

Comment un astronome amateur peut il observer les indices de cette expansion ?  

Visuellement c'est impossible l'oeil na pas la capacité à le faire !

Pour l'observer il faut en effet avoir recours aux techniques d'astrophotographie ou mieux de spectrographie.

Regardons ce que cela donne en astrophotographie.

Exemple :

Ci-dessous le Quintette de Stephan, regroupement en perspective de 5 galaxies dans la constellation de Pégase, distantes de 50 à 350 millions d'années-lumière de nous. Cette image a été prise par Hubble le téléscope spatial.

On remarque tout de suite que sur les 5 galaxies présentes, 4   semblent majoritairement   constituées d'étoiles rouges alors que la dernière semble composée d'étoiles à dominante bleue.

Serait-ce exact ?

En réalité , les galaxies composant le Quintette de Stephan sont situées à des distances différentes, seul l'effet de perspective explique leur regroupement, les 4 galaxies les plus "rouges" NGC7319, NGC 7318A, NGC7318B, NGC7317, sont "voisines" et sont situées bien plus loin  que la "bleue" NGC7320, de fait leur vitesse de récessiont étant supérieure à cette dernière, elles paraissent plus rouge, leur spectre étant décalé vers le rouge.

Ci-dessous, l'image représente le champ de NGC7331, galaxie spirale située dans la constellation de Pégase à près de 49 millions d'années-lumière, elle est condidérée comme un sosie de la voie lactée notre propre galaxie. Dans la partie inférieure gauche de l'image apparait le Quintette de Stephan. Déplacez votre curseur au-dessus de l'image pour voir apparaître le Quintette de Stephan de façon plus détaillée.

 

Même si le résultat n'est pas aussi flagrant que pour Hubble, on perçoit quand même que 4 des galaxies semblent plus rouge que la cinquième. Pour mieux discerner ces nuances, il faudrait disposer d'un télescope d'un diamètre plus important.


 

 


© 2015 Astrophysic.org