13 - Jusqu'au mur

L'image ci-dessus ne représente que les superamas "locaux", comme quoi on n'est pas tout seuls dans l'Univers. Remarquez le superamas de la Vierge, en rouge, au sein duquel se situe notre galaxie.

Nous sommes déjà bien loin de chez nous mais continuons encore. Bien sûr nous allons rencontrer encore énormément d'autres galaxies appartenant à beaucoup d'autres superamas.

Nos instruments de plus en plus performants, comme le télescope spatial Hubble, nous permettent de découvrir de plus en plus de petites galaxies près de la nôtre, et grâce aussi à notre compréhension toujours plus grande de l'Univers, de voir de plus en plus loin.

C'est ainsi que les astrophysiciens ont remarqué que les galaxies qui sont séparées par d'immenses étendues de vide, sont, comme notre superamas Laniakea (voir note précédente), distribuées dans l'espace le long de "filaments". 

Les physiciens disent que l'Univers ressemble à une éponge !

Les galaxies se rassemblent le long de grands filaments, où les points les plus lumineux sont des superamas, entre lesquels des espaces vides immenses.

D'autre part rappelez-vous, la vitesse de la lumière, aussi élevée soit-elle, met du temps pour parcourir des grandes distances. Rappelez-vous, encore, que la lumière du Soleil met 8,5 minutes à nous parvenir. Alors imaginez le temps que met la lumière pour nous parvenir des galaxies lointaines.

Aussi regarder loin revient en fait à regarder loin … dans le temps, c'est à dire dans le passé ! La lumière de la galaxie ci-dessous a mis environ 7 milliards d'années à nous parvenir. Cela revient à dire que nous la voyons maintenant comme elle était il y a 7 milliards d'années.

La galaxie SDSS J1004 4112 située à 7 milliards d'années-lumière

Grâce à nos instruments de plus en plus puissants qui nous permettent de voir de plus en plus loin, et grâce à ce phénomène, nous pouvons "voir" l'Univers comme il était alors qu'il était encore très jeune, et ainsi apprendre des choses sur son histoire.

Comment savons-nous qu'une galaxie est à telle distance ? Bien sûr c'est compliqué mais les scientifiques ont des outils qu'ils maîtrisent bien. Les outils ne sont pas les mêmes selon la distance des galaxies. Sans entrer dans les détails, pour les galaxies les plus lointaines, les scientifiques utilisent ce qu'ils appellent le "redshift", en fait le décalage (shift) de la lumière vers le rouge (red). En effet, en faisant très, très simple, plus une lumière émise s'éloigne de nous plus elle est rouge. Cet effet est l'effet Doppler que vous avez déjà sûrement observé – voir l'image ci-dessous qui illustre cet effet.

C'est d'ailleurs cette particularité qui a permis à Edwin Hubble, au cours de la décennie 1920, de confirmer et de prouver que l'Univers est en expansion. Les galaxies lointaines s'éloignent les unes des autres et plus elles sont loin plus elles s'éloignent rapidement.

A l'inverse, une galaxie qui se rapproche de nous voit sa lumière se décaler vers le bleu. On peut ainsi savoir, pour les galaxies proches, celles qui s'approchent et celles qui s'éloignent. 

Représentation réelle du déplacement des galaxies vu depuis notre Galaxie -

la zone blanche au centre est due au fait que les amas de poussières de la Voie Lactée nous bouche la vue

Source : http://irfu.cea.fr/laniakea

Les galaxies lointaines s'éloignent toutes de nous et les unes des autres.

Un autre phénomène nous aide à voir encore plus loin. Il s'agit des "lentilles gravitationnelles". Pour faire simple, encore une fois, la lumière subit la gravitation comme tout dans l'Univers. Aussi lorsqu'elle s'approche d'une galaxie qui est une masse énorme donc avec une forte gravitation, elle ne va plus en ligne droite mais elle est déviée. Ceci conduit à un phénomène – que nous avons déjà vu près du trou noir – nous pouvons voir un objet situé "derrière" la galaxie, c'est cela qui s'appelle une "lentille gravitationnelle".

Grâce à ce phénomène nous arrivons à voir des galaxies extrêmement lointaines. La lumière la plus lointaine actuellement observée est située à plus de 13,4 milliards d'années-lumière. Sa distance a justement pu être calculée grâce à son "redshift".

La galaxie la plus lointaine actuellement observée : GN-z11

Image credit: NASA / ESA / P. Oesch, Yale University / G. Brammer, STScI / P. van Dokkum, Yale University / G. Illingworth, University of California, Santa Cruz.

Et quand je dis que les galaxies les plus lointaines observées sont à 13,4 milliards d'années-lumière, soyons clair, c'est la distance de la galaxie au moment où sa lumière a été émise. En fait maintenant elle est à environ 32,2 milliards d'années-lumière du fait que l'Univers tout entier s'étend.

Notre Univers observable - 46 milliards d'années-lumière

Comme dit dans le texte au-dessus, les galaxies les plus lointaines que nous pourrions observer ont continué à se déplacer et seraient donc maintenant environ à cette distance de 46 milliards d'années-lumière.

Munis de ces informations, la distance des galaxies lointaines, la vitesse d'éloignement et d'un certain nombre de paramètres, les scientifiques ont calculé, grâce aux équations d'Einstein sur la relativité générale, l'âge de l'Univers. La mesure la plus précise actuellement donne un âge de 13,8 milliards d'années. Âge confirmé par d'autres méthodes de calcul et en accord avec un certain nombre d'observations.

Cet âge de l'Univers a une conséquence directe. On ne pourra jamais voir une lumière qui aurait été émise il y plus de 13,8 années-lumière. En fait on ne pourra même jamais voir une lumière émise il y a 13,8 milliards d'années. Pourquoi ?

Avant de répondre à cette question, juste une remarque fondamentale. Nous situons donc le début de "notre" Univers, il y a 13,8 milliards d'années. Suivez-moi bien : l'Univers est en expansion, ce qui, dit simplement, signifie qu'il grandit, qu'il a grandi pendant tout ce temps. Donc à un moment il a été jeune et surtout beaucoup plus petit ! Tellement petit, d'après les équations d'Einstein, qu'il aurait émergé à partir d'une dimension infiniment petite ! Ce moment a été appelé "Big bang".

D'après d'autres observations on s'aperçoit que l'Univers en grandissant se refroidit très progressivement. S'il se refroidit en grandissant, lorsqu'il était minuscule il devait être énormément chaud. Et voilà la réponse au "mur" derrière lequel on ne peut plus voir la lumière. Lorsque l'Univers était extrêmement chaud, il était également extrêmement dense et énergétique, à tel point que les photons se heurtaient sans arrêt aux électrons, et du coup ils ne pouvaient pas s'échapper. La lumière, portée par les photons, n'a pas pu sortir de cette espèce de soupe avant que l'Univers soit suffisamment refroidi, ce qui a pris approximativement 380 000 ans. Pendant 380 000 ans, l'Univers était complètement opaque, et c'est pour cela que nous ne verrons jamais avant.

Pendant toute la période indiquée en brun-jaune, la lumière ne peut pas s'échapper;

Voilà nous sommes arrivés au mur en deçà duquel nous ne verrons jamais rien.

Pour autant notre voyage n'est pas terminé, bien au contraire.

 

A très bientôt .