Harris' blog

1. NOTRE GALAXIE ET L’UNIVERS
   1. NOTION DE PROPAGATION DE LA LUMIÈRE
      1. COMMENT ?
   2. LA VOIE LACTÉE
   3. NOTRE UNIVERS AU DELÀ DU SYSTÈME SOLAIRE

Franchissons une nouvelle étape !

Où se trouve notre galaxie ?

Comment se répartissent les autres galaxies dans l’Univers ?

En recherchant les galaxies, plus on va regarder loin dans l’espace, plus on va voyager loin dans le temps. Dans l’Univers, les étoiles ou les galaxies que nous voyons ne sont pas toutes situées à la même époque.

 

1. Pourquoi et comment cela fonctionne-t-il ?

Prenons l’exemple du déplacement du son.

Plus on s’éloigne de l’origine d’un son, plus il met de temps à nous atteindre. Il se déplace dans l’air à la vitesse de 360 m/s. C’est ainsi que l’on mesure la distance qui nous sépare d’un orage en comptant le nombre de secondes qui séparent un éclair du bruit du tonnerre ! Il suffit ensuite de diviser le nombre de secondes par 3 pour obtenir la distance nous séparant de l’orage en kilomètres.

C’est exactement ce qui se passe avec la lumière à la différence près que cette dernière se déplace à la vitesse de 300 000 Km/s !

Depuis la lune qui est à 400 000 Km de la terre, la lumière met environ une seconde à nous parvenir, le soleil qui est à 150 millions de Kms est à 8 minutes lumière. S’il s’éteignait brutalement nous ne le saurions que 8’ plus tard !

Nous voyons le soleil non pas tel qu’il est, mais tel qu’il était il y a 8 minutes. Jupiter qui est à 700 millions de Kms est à 30’ lumière et la galaxie d’Andromède qui est à 2 millions d’années-lumière nous apparait aujourd’hui telle qu’elle était il y a 2 millions d’années !

Dès qu’on lève les yeux au ciel, on regarde nécessairement dans le passé. Si les habitants d’une planète située à 700 années-lumière de nous regardaient la terre, ils nous verraient telle qu’elle était au XIVe siècle, à la fin du moyen âge !

 

2. NOTRE GALAXIE: LA VOIE LACTÉE

On pourrait se l’imaginer comme une ville composée d’étoiles. Elle contient 200 milliards d’étoiles et notre soleil n’est que l’une d’entre elles. C’est cette gigantesque cité cosmique que je vous propose d’explorer.

Nous allons ici encore voyager au cœur de notre galaxie, nous éloigner à des années lumières de notre soleil et voir tout ce qui nous attend. De ces quartiers lointains nos étoiles nous apparaîtront sous un jour différent. Comment est née la voie lactée, comment a-t-elle pu durer aussi longtemps, à quoi ressemblera sa fin ?

Notre citée stellaire est gigantesque. Il nous faudrait une carte de la galaxie pour pouvoir s’y déplacer. Malheureusement, à ce jour nous ne connaissons pas exactement son véritable aspect. La raison en est simple, nous n’en somme jamais sortis, on ne peut pas voler autour pour l’examiner. Nous ne pouvons qu’étudier d’autres galaxies lointaines et extrapoler sur la notre et ce, grâce au télescope Hubble. A ce jour des astronomes tentent de cartographier notre galaxie, mais la tâche est difficile. Elle semble appartenir à la famille des galaxies spirales (à l’opposé des galaxies elliptiques). De profil elle ressemble un peu à un Frisbee géant (figue ci-dessous prise de la terre)!

C’est l’une des photos les plus détaillée qui ait jamais été prise de notre galaxie. Sa résolution est de 100 millions de pixels ! Mais cette vue ne représente qu’une partie de l’ensemble (figure ci-dessous, vue d’artiste).

Au centre on trouve un bulbe brillant, c’est le centre ville, le noyau galactique. A partir de ce centre les bras spirales se déploient, composés de milliards d’étoiles et s’étirent à la périphérie de la galaxie. Si on mesure notre galaxie d’un côté à l’autre, on obtient le nombre étourdissant de 965 000 billions de kilomètres ! la lumière met 100 000 ans pour aller d’un bord à l’autre, sachant qu’elle se déplace à 299 792 458 m/s, on a coutume de dire 300 000 Km/s ! Son épaisseur est de 1 000 années lumière.

Notre système solaire est situé dans un quartier tranquille du bras d’Orion, niché entre deux bras spiraux majestueux, le bras du Sagittaire et le bras de Persée. D’autres quartiers de la galaxie sont totalement différents du notre. Il existe des zones industrielles dynamiques où chaleur et pression contribuent à former de nouvelles étoiles et où d’autres meurent en de gigantesques explosions. Dans le centre ville, les étoiles jouent des coudes pour s’aménager un peu d’espace. Il existe même des quartiers historiques, témoins de la naissance de notre cité stellaire.

L’une des régions les plus spectaculaire de la voie lactée va nous permettre de comprendre comment les 200 milliards d’étoiles (parmi lesquelles notre soleil) ont pu se former. C’est à deux pas de chez nous ! mais il faut quand même 1 500 ans à la lumière pour s’y rendre. C’est un énorme nuage rougeoyant fait de gaz et de poussières, la grande nébuleuse d’Orion (figure ci-dessous)

Ce nuage détient le secret de la formation de notre soleil et de toutes les étoiles de la galaxie.

En observant notre galaxie, on peut voir de grosses tâches sombres qui cachent la lumière émanant du noyau galactique.

Ces taches sont produites par de la poussière, d’énormes nuages de poussière qui filtrent la lumière des étoiles comme nos nuages filtrent les rayons de notre soleil. Ces grands nuages cosmiques s’étendent sur des années lumières au travers de la voie lactée. Hubble en a détecté dans la plupart des galaxies spirales. Si on y regarde de plus près, ce gaz et ces poussières, en certains endroits, semblent luire (figure ci-dessous).

Ce sont des nébuleuses. En plus de la nébuleuse d’Orion, notre galaxie en possède d’autres spectaculaires. La nébuleuse de l’aigle avec ses fameux piliers de la création s’étend sur plus de 4 années lumière (figure ci-dessous).

Ces couleurs vives nous apprennent de quels gaz sont composées les nébuleuses.  Du vert et vous aurez de l’oxygène, du rouge et c’est de l’hydrogène. on a ainsi une idée de la composition du nuage et de sa température. Les gaz présents dans ces nébuleuses luisent à des milliers de degrés, l’étude de la source de cette chaleur nécessite des stratagèmes innovants, comme l’utilisation de télescopes à infrarouge. Ainsi on peut voir les étoiles cachées à l’intérieur de la nébuleuse (figure ci-dessous)

On peut même retirer complètement la poussière de l’image en utilisant l’imagerie aux rayons X (figure ci-dessous)

On découvre ainsi des étoiles qui sont les plus jeunes connues, âgées d’à peine quelques centaines de milliers d’années. Nous observons donc une pouponnière d’étoiles, ce sont ces étoiles qui font monter la température des gaz qui les entourent. Les étoiles sont avant tout composées de gaz et notre galaxie a une atmosphère composée de gaz et de poussières qui entourent toutes les étoiles que nous voyons dans le disque et c’est de ce gaz que naissent les nouvelles étoiles.

2. A QUOI RESSEMBLE L’UNIVERS AU DELÀ DU SYSTÈME SOLAIRE

Lorsque l’on remonte dans le passé, on se dirige vers le début de notre cône de lumière (Figure 46).

Figure 46 – Le cône de lumière

Jusqu’où pouvons-nous remonter ainsi ?

Un télescope, c’est une véritable machine à remonter le temps !

On a découvert récemment une galaxie dont la lumière a mis 13 milliards d’années à nous arriver ! C’est l’objet le plus lointain, donc le plus jeune, jamais découvert !

 

5. LES GALAXIES DANS L’UNIVERS
   1. UNIVERS EN EXPANSION, UNE RÉVOLUTION !

Les étoiles se sont formées il y a environ 400 millions d’années après la naissance de l’Univers. Elles brillent depuis les frontières du cosmos à une distance colossale de 13 milliards d’années-lumière.

Or depuis l’apparition de cette première galaxie, notre Univers a bien changé ! Il a grandi !

Jusqu’en 1929, les scientifiques, Einstein en tête, sont convaincus que l’Univers est fixe, qu’il existe depuis toujours et pour l’éternité !

Seul un mathématicien russe, Alexandre Friedmann (1888-1925) (Figure 42) pense le contraire.

Figure 42 – Alexandre Friedmann

Il affirme qu’Einstein s’est trompé et que ses équations sont incomplètes ! Quel toupet ! Quand Friedmann découvre la théorie de la relativité générale d’Einstein en 1922, il entreprend dès lors d’en chercher les solutions exactes.

Il entrevoit le premier que cette théorie mêlant gravitation, temps et espace, permet l’étude de la structure de l’univers dans son ensemble.

Il découvre que les équations d’Einstein permettent la description d’un univers en évolution et introduit pour la première fois l’idée d’un univers en expansion. Il indique que l’Univers n’est pas statique mais qu’il se dilate à chaque instant.

En 1929, Edwin Hubble (1889-1953) (Figure 43), un astronome américain, étudie la lumière émise par les galaxies sur le mont Wilson aux états-unis.

Figure 43 – Edwin Hubble

Il découvre ainsi que les galaxies ne sont pas immobiles dans le ciel. Elles s’éloignent les unes des autres et plus elles sont loin, plus elles vont vite, à la vitesse de 1,6 millions de Km/h!

L’Univers tout entier gonfle comme un immense ballon. Depuis la création de la terre il y a 5 milliards d’années notre système solaire a doublé de volume. L’expansion de l’Univers s’accélère, le cosmos se précipite de plus en plus vers l’infini à mesure qu’il vieillit. L’univers se dilate à partir d’un point unique. C’est la première preuve que l’Univers a eu un commencement.

Les découvertes d’Edwin Hubble vont donner naissance à un concept révolutionnaire : La théorie du « Big Bang », Ce terme de « grosse explosion » a été pour la première fois employé par le physicien anglais, Fred Hoyle en 1950. Ce physicien, défenseur de la théorie de l’état stationnaire (l’état stationnaire est une théorie où l’expansion de l’univers serait accompagnée d’une création et d’une disparition de matière. Ainsi, de la matière serait en train de se créer dans l’univers et en contrepartie de la matière disparaitrait.), employa l’expression «Big Bang» pour se moquer de l’autre théorie défendue par d’autres scientifiques.

 

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QUESTIONS à Bastien CONFINO,

Journaliste scientifique Université de Lausanne.

Quelle est l’énergie responsable de cette expansion ?

« On a longtemps pensé que cette expansion s’arrêterait à un moment puis se re-comprimerait. Aujourd’hui, on pense que l’expansion s’accélère. Pour ce faire il doit exister une force qui pousse l’Univers de plus en plus rapidement.

Il s’agit de l’énergie sombre ! »

Si on imagine l’Univers comme une boule qui grossit, existe-t-il un centre de l’Univers ?

« L’Univers étant infini, on peut considérer que tout point de l’Univers est un centre. Par analogie, considérons la terre comme étant une sphère parfaite. Si on marche droit devant soi, on n’arrivera jamais à un bord, on revient sur ses pas et on continue à tourner autour de la planète. Peut-on dire que paris est plus au centre de cette surface qu’une autre ville ?

Non ! Chaque point peut être considéré comme le centre de la surface terrestre au même titre ; chaque point de l’Univers peut être considéré comme étant le centre de l’Univers. »

Peut-on estimer le nombre d’étoile dans l’Univers ?

« On pense qu’il existe 100 milliards de galaxies et que dans une galaxie on trouve environ 100 milliards d’étoiles.

Savez-vous combien il faut de temps pour compter jusqu’à 1 milliards ? Si on prononce bien tous les chiffres, il faut environ 80 années 24h/24 !

1 milliard c’est un nombre gigantesque et 100 milliards d’étoile est inconcevable pour l’esprit humain.

Imaginons la France recouverte d’une couche de sable de 1m d’épaisseur. Si on compte les grains de sable un à un, on a à peu près le nombre d’étoile dans l’Univers… C’est inimaginable ! (Figure 44)»

 

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Figure 44 – Souvenez vous qu’on dit qu’il y a bien plus d’étoiles dans l’espace, que de grains de sable dans toutes les plages que nous avons sur terre…

Si la galaxie d’andromède était plus brillante dans le ciel, voici comment elle apparaîtrait à nos yeux la nuit avec la lune (à 384 400 Kms de la terre) en comparaison (figure ci-dessus).
N’oublions pas qu’elle se trouve à 2.5 millions d’années lumières et qu’elle est constituée de centaines de millions d’étoiles…

Je vous offre ci-dessous une visite au coeur de la galaxie d’Andromède, galaxie spirale située à environ 2,55 millions d’années-lumière du Soleil.
C’est l’une des rares galaxies visibles à l’œil nu depuis la Terre dans l’hémisphère nord.
D’un diamètre approximatif de 140 000 années-lumière, elle contiendrait environ mille milliards d’étoiles.
Elle est l’une des 200 milliards de galaxies de l’univers connu.
Chaque petit point lumineux que vous voyez représente une des 1 trillons d’étoiles de cet amas galactique, chacune avec sont lot de système planétaire (à l’identique de notre système solaire). Ce que vous ne savez pas encore, c’est qu’Andromède se rapproche de notre voie lactée et qu’un jour, elles fusionneront. Ainsi, il est établi que galaxie d’Andromède et Voie lactée se rapprochent à la vitesse approximative de 430 000 km/h. Elles vont se rencontrer d’ici environ quatre milliards d’années.