Parlons Univers (partie 1 sur 3)

L’Univers, on en parle souvent, ou de temps en temps, mais sait-on de quoi parle-t-on, en réalité ? Qu’est-ce que l’Univers ? Comment le définir, le concevoir, l’appréhender.

L’objectif de ces quelques lignes est de faire découvrir les principaux éléments et leurs grands axes de ce que l’on appelle l’Univers.

Qu’est-ce que l’Univers ? La réponse est, en fait, toute simple. Tout ce qui existe fait partie de l’Univers. Il n’existe rien qui ne fasse pas partie de l’Univers.

Oui, ma cousine préférée, l’Univers, c’est tout, comprend tout, absorbe tout, phagocyte tout, absolument tout. L’Univers, c’est l’ensemble de tout ce qui existe : l’espace, la matière, l’énergie, le temps, les galaxies, les nébuleuses, les étoiles, les planètes, tous les objets qui existent, et ils sont nombreux, les trous noirs, les poussières cosmiques, l’énergie noire, la matière noire, ainsi que les lois physiques qui les gouvernent, sans compter ce qui existe qui constitue l’Univers mais que nous ignorons encore.

« L’Univers n’est pas seulement plus étrange que nous ne le supposons, il est plus étrange que nous pouvons le supposer. » John Burdon Sanderson Haldane généticien britannique, 1892-1964.

Comprendre l’Univers, c’est explorer nos origines, notre place dans le cosmos et les mystères qui nous entourent. De l’infiniment petit des particules subatomiques à l’infiniment grand des amas galactiques, l’Univers nous rappelle notre curiosité et notre quête constante de connaissance. Et oui…

3) SÉMANTIQUE

Il existe quelques mots pour définir le monde dans lequel nous vivons et celui qui nous entoure. Ils sont parfois employés à bon escient mais pas toujours. Il est bon de préciser leur signification afin de savoir de ce quoi l’on va parler par la suite.

3a) Le Ciel

Il y a deux façons de « voir » le ciel : quand tu lèves les yeux au ciel parce que ta voisine te casse les pieds en te racontant toutes ses histoires qui ne t’intéressent pas 😊, et quand tu lèves les yeux au ciel la nuit pour l’admirer.

Ce que l’on appelle « Ciel » est avant tout un concept lié à notre point de vue terrestre. Quand tu regardes vers le haut, tu vois le ciel. Il comprend, selon son apparence du moment, l’atmosphère, les nuages, puis les astres que nous apercevons.

Le ciel est donc ce qui nous entoure visuellement au-dessus de nous, et non une région qui serait physiquement séparée de l’Univers.

On parle aussi de voûte céleste comme représentation apparente du ciel comme une voûte entourant la Terre.

3b) L’espace ou espace cosmique

Dans le mot « espace » on y met, en fait, un peu ce que l’on veut. En effet, c’est une notion plus abstraite. Pour un terrien, parler de l’espace signifie grossièrement ce qui existe au-delà de l’atmosphère terrestre. On n’y englobe donc les planètes les étoiles et les galaxies. En réalité, tout comme le 3a) le ciel, l’espace n’existe pas comme entité indépendante mais ne sont qu’une partie de l’univers.

Scientifiquement parlant, l’espace commence au-delà de la ligne de Kármán, (soit environ à 100 km d’altitude), où l’atmosphère terrestre devient trop ténue pour influencer significativement les mouvements orbitaux (presque plus d’attraction terrestre). Au-delà de cette limite, on entre dans l’espace extra‑atmosphérique, milieu où la pression, la densité et la température ne ressemblent plus à celles de la Terre.

L’espace est donc l’étendue au-delà de l’atmosphère terrestre et entre tous les objets célestes.

À noter cependant que pour les astrophysiciens, l’espace est une notion beaucoup plus fondamentale : c’est la structure qui permet de définir où les choses se trouvent et leurs distances. Le Temps faisant partie de l’Univers (voir plus loin), avec le temps, les astrophysiciens parlent donc d’espace-temps.

Il existe également la notion d’espace cosmique qui représente tout ce qui se trouve au-delà de l’atmosphère terrestre comme expliqué ci-dessus, mais aussi l’espace intersidéral qui constitue tout simplement l’espace, la distance entre les étoiles.

Tu en apprends des choses, hein, mon frère ?

3c) L’espace intersidéral ou interstellaire

On appelle espace intersidéral ou interstellaire la zone vide qui sépare les étoiles dans l’Univers (voir définition de l’Univers plus loin).

L’étude de l’espace intersidéral est cruciale pour comprendre la formation des étoiles, la propagation de la lumière et des ondes électromagnétiques, ainsi que la dynamique des galaxies. Il constitue également un laboratoire naturel pour observer les effets du vide et des radiations cosmiques sur la matière.

3d) Le cosmos

Le cosmos est presque synonyme d’Univers, mais avec une nuance. « Cosmos » vient du grec kósmos, qui signifie notamment ordre, monde organisé. Le terme évoque donc davantage l’Univers considéré comme un ensemble cohérent et ordonné.

Quand on dit le cosmos, on évoque donc d’avantage l’Univers comme totalité organisée, avec ses structures, ses lois et ses relations.

3e) L’Univers

Et bien, mon cousin, l’Univers, c’est TOUT CE QUI EXISTE, même ce que l’on ne connaît pas encore. L’Univers, c’est :

l’espace ;
Le temps ;
La matière ;
L’énergie ;
Les galaxies ;
Les étoiles ;
Les trous noirs ;
Les planètes ;
Tout ce qui constitue physiquement notre réalité ;
Tout ce que l’on ne connaît pas

Tu vois, ça n’est pas bien compliqué !

4) QUELLE PARTIE DE L’UNIVERS PEUT-ON OBSERVER ?

C’est ce que l’on appelle « l’Univers observable ». Tout ce que l’on peut découvrir, comprendre, expliquer, observer se passe dans l’univers observable. Alors, quel est-il ?

La notion « d’Univers observable » est intéressante car elle est directement liée à la lumière. Même si tes parents n’étaient pas agriculteurs, ta culture fait que tu sais que la lumière se déplace, grosso modo, à 300 000 km/s.

4a) La vitesse de la lumière dans notre Système Solaire

300 000 km/s c’est énorme, colossal. Si tu pouvais te déplacer à la vitesse de la lumière :

Tu ferais le tour de notre belle planète en 0,13 seconde >
Ce qui fait qu’en 1 seconde, tu ferais 7 fois le tour de la Terre. Énorme, comme disent les jeunes d’aujourd’hui !
Pour aller te balader sur la Lune et serrer la pince à Neil Armstrong (1930 – 2012) et Buzz Aldrin, né en 1930 et toujours vivant (96 ans) à l’heure où sont écrites ces lignes, soit le 11 septembre 2006, tu mettrais 1,28 seconde.
Tu ne mettrais que quelques minutes pour aller sur Mars selon sa position (le rêve d’Elon Musk).
Tu ne mettrais que 8 minutes pour arriver jusqu’au Soleil. Dans ce cas, n’oublie pas ta couverture isothermique car le cœur du Soleil est à plus de 15 millions °C, sa surface entre 5 000 et 6 000 °C, et son atmosphère externe (la couronne) entre 1 et 3 millions °C. Et oui, bizarrement, la couronne solaire est beaucoup plus chaude que la surface solaire. Cela est dû au champ magnétique qui envoie son énergie et la libère dans la couronne solaire. Merveilleux, n’est-il pas, mon cher cousin ?
Jupiter à 30 minutes.
Et puis, pendant que tu y es, va rejoindre Neptune, 8ème et dernière planète officielle du Système solaire à 4.5 milliards de kilomètres du Soleil ou tu ne mettrais qu’un peu plus de quatre heures pour la dépasser.

Tout cela te donne impression que la lumière va à une allure absolument gigantesque et hallucinante. C’est vrai pour notre Système solaire.

Mais voilà, ami copain de régiment où tu épluchais les patates, dès que l’on sort de notre Système solaire, la vitesse de la lumière est d’une lenteur insupportable, inimaginable, et on râle sans cesse de sa lenteur et qu’elle ne soit pas plus rapide. Tu vas t’en rendre compte juste ci-dessous.

4b) La vitesse de la lumière hors de notre Système solaire

Après 24 heures, tu pourras serrer la pince à Voyager 1 qui se trouve, à l’heure où sont écrites ces lignes soit le 11 septembre 2026, à environ 25,6 milliards de kilomètres de la Terre. Sachant que la distance symbolique d’un jour-lumière de la Terre est de 25,9 milliards de kilomètres, selon les prévisions de la NASA, ce seuil historique sera officiellement franchi par Voyager 1 le 18 novembre 2026.

Il faut dire que Voyager 1 file à 61 000 km/h (soit 17 km/s), et que ceci explique cela. Évidemment, il y a bien longtemps que Voyager 1 a quitté notre Système solaire puisque cela s’est fait en 2012 (Voyager 2 en 2018) en franchissant la frontière de l’héliosphère, appelée héliopose.

Si tu veux plus de détails sur les sondes Voyager 1 et 2, tu peux lire les articles suivants de ton humble serviteur : article 1, article 2, article 3).

Après quatre ans de ta balade à la vitesse de la lumière, tu vas croiser et prendre le thé avec notre étoile la plus proche, Proxima Centauri.

Bien qu’elle soit l’étoile la plus proche du système solaire (à environ 4,24 années-lumière), Proxima Centauri est une naine rouge extrêmement petite (environ 12 % de la masse du Soleil) et peu lumineuse. La voici ci-dessous photographiée par notre célèbre télescope spatial Hubble dont ton serviteur est éperdument amoureux !

À 100 ans de voyage, tu passes la limite de nos radios qui n’émettent plus au-delà.
Après 27 000 années, tu arrives au centre de notre galaxie (et non pas de l’autre côté), toujours à 300 000 km/s, où tu rencontreras le trou noir de notre galaxie appelé Sagittarius A* (en abrégé Sgr A*). Pour ton information, quand tu vois l’astérisque * après le nom d’un objet céleste dans l’Univers, c’est qu’il s’agit d’un trou noir, c’est une convention internationale. Et là, pour traverser le trou noir et arriver de l’autre côté de notre galaxie, il te faudra encore 50 000 ans.

Le centre sombre n’est pas le trou noir lui-même (qui est invisible car aucune lumière ne peut s’en échapper), mais son « ombre » délimitée par l’horizon des événements.

L’anneau d’oranger brillant est composé de gaz brûlants piégés dans le champ gravitationnel extrême, gravitant autour du trou noir à une vitesse proche de celle de la lumière.

Je sais que tu es un aficionado de la galaxie d’Andromède (voisine de la nôtre), pour aller y déguster une bonne choucroute tu ne mettrais que 2,5 millions d’années.

– Et comme tu es un grand voyageur je le sais, après 46,5 milliards d’années-lumière, tu arriveras à la limite de ce que l’on appelle « l’Univers observable ».

4c) Et après 46,5 milliards d’années-lumière, que se passe-t-il ?

Eh bien, no es complicado, la lumière, tellement lente au niveau de l’Univers, ne nous est pas encore parvenue, et ce depuis la « création de l’Univers « , c’est-à-dire depuis le Big-Bang qui a eu lieu il y a 13.8 milliards d’années, et donc on ne voit plus rien.

Ce que l’on appelle « l’Univers observable » est ce que l’on peut observer, c’est-à-dire tout ce qui existe et dont la lumière nous est parvenue depuis le Big Bang.

Mais, je sais que tu vas me la sortir celle-là : pourquoi le rayon de l’univers observable est de 46,7 milliards d’années-lumière, alors que l’univers n’a pour existence, depuis le Bing Bang, « que » 13,8 milliards d’années ? Gros malin, je m’y attendais !

Cela est dû à l’expansion de l’univers : les objets qui ont émis la lumière la plus ancienne (le fond diffus cosmologique) se sont éloignés de nous bien plus loin que la simple distance parcourue par la lumière.

Pour dire les choses autrement, l’univers a un âge fini d’environ 13,8 milliards d’années. La vitesse de la lumière est limitée. La lumière des objets situés au-delà de cet horizon n’a pas encore eu le temps de nous parvenir. L’expansion de l’univers fait que l’espace s’est étiré depuis le Big Bang, rendant la taille physique actuelle de cette sphère bien plus grande que 13,8 milliards d’années.

4d) Précisions

L’Univers observable n’est donc pas une question de distance physique, mais une limite dans le temps. La lumière, pourtant à 300 000 km/s, est extrêmement lente au niveau de l’Univers. Ainsi, nous ne voyons pas l’univers tel qu’il est « maintenant », mais tel qu’il était dans le passé. L’univers observable correspond donc à l’interface temporelle entre l’origine du temps cosmique et aujourd’hui (c’est bien balancé comme formule, hein ?).

Bon, pour toi, je me décarcasse en prenant un autre exemple. Tu pars de chez toi en voiture avec ta dulcinée à tes côtés pour la présenter à tes parents. Le trajet fait plusieurs centaines de kilomètres. À l’arrivée, tes parents observent que le réservoir est presque vide, et que ta dulcinée est endormie et ronfle comme un porc. Voilà ce qu’ils voient. Or au départ, le réservoir était plein et ta dulcinée était toute contente, bien réveillée et super maquillée pour rencontrer des parents. Voilà.

Enfin, l’univers observable est une sphère autour de chaque observateur. Un observateur sur une autre galaxie lointaine aurait son propre univers observable, qui se chevauche avec le nôtre mais n’est pas identique.