Quelle est la taille de l'univers

Ken Tapping, le 17 septembre 2014

Dans le ciel cette semaine…

  • Le Soleil traversera l’équateur céleste le 22, date de l’équinoxe d’automne.
  • Vénus rase l’horizon aux premières lueurs du jour et Jupiter se lève au petit matin.
  • Saturne et Mars sont visibles à proximité l’une de l’autre au crépuscule. Nouvelle Lune le 23 septembre.

Les personnes qui visitent notre observatoire nous posent souvent cette question en apparence simple : quelle est la taille de l’univers? Nous savons que le Big Bang, moment où l’univers alors infiniment petit a commencé son expansion, s’est produit il y a 13,8 milliards d’années. Si l’on peut avancer un tel chiffre pour l’âge de l’univers, on devrait pouvoir aussi produire un chiffre pour sa taille. La question est cependant plus difficile qu’il n’y apparaît.

Tâchons d’imaginer que nous vivons à la surface d’une « bulle » qui se distend, sur laquelle les étoiles et les galaxies sont éparpillées. Plus la bulle grossit, plus ces objets s’éloignent de nous et plus ils sont éloignés, plus leur fuite est rapide. Toutefois, si nous arpentions la surface de la bulle, nous n’en atteindrions jamais une extrémité, nous tracerions simplement une boucle jusqu’à notre point de départ.

À l’échelle des distances terrestres, le temps que prend la lumière pour aller d’un objet à nos yeux est négligeable. La lumière parcourt 300 mètres en un millionième de seconde. Nous voyons donc les objets à cette distance tels qu’ils étaient il y a un millionième de seconde, ce qui fait peu de différence. Dans l’espace toutefois, les distances s’accroissent et les délais deviennent considérables. La Lune nous apparaît telle qu’elle était il y a 1,25 seconde, et le Soleil, il y a 8 minutes. La lumière de l’étoile la plus proche de nous après le Soleil prend 4,3 années à nous atteindre. Nous voyons l’étoile Capella, qui brille dans le ciel boréal des nuits d’été, comme elle était il y a 42 ans.

À l’échelle astronomique, les kilomètres, même en comptant par millions, voire par milliards, sont des unités trop petites pour mesurer les distances de manière utile. Nous utilisons plutôt l’année-lumière, soit la distance que parcourt la lumière en une année et qui équivaut à un peu moins de 10 000 000 000 000 km. Les ondes du Big Bang qui nous atteignent aujourd’hui ont été émises il y a 13,8 milliards d’années, ce qui signifie que l’univers avait un rayon de 13,8 milliards d’années-lumière à cette époque. L’espace ainsi défini est ce que nous appelons « l’univers observable ». Le temps que ces ondes lumineuses lointaines nous parviennent, l’univers a toutefois continué de s’étendre. Nous ne pouvons pas réévaluer la taille de l’univers observable parce que la lumière nécessaire au calcul n’est pas encore arrivée jusqu’à nous. Si l’on utilise les mesures de l’expansion de l’univers fondées sur l’éloignement des objets qui nous sont visibles, on peut toutefois établir que le rayon de l’univers se situerait autour de 46 milliards d’années-lumière, pour un diamètre d’environ 92 milliards d’années-lumière. Il ne nous est pas encore possible de voir la lumière de notre univers contemporain, car elle voyage toujours vers nous. Les ondes lumineuses qui viennent d’entreprendre leur périple nous parviendront dans quelque 32 milliards d’années. À ce moment-là toutefois, les évaluations utilisées seront devenues périmées et elles ne désigneront que l’univers observable et non l’ensemble de l’univers.

Nous avons toujours utilisé le terme « univers » pour englober la totalité de ce qui existe, ce qui exclut la possibilité de toute autre réalité hors de cet univers. La difficulté ne tient pas au mot à proprement parler, mais à notre perception de l’univers. Il y a quelques siècles, l’univers se limitait à la Terre et à tous les objets visibles dans le ciel. Durant la majeure partie du 20e siècle, l’univers ne comprenait que notre galaxie. Lorsque d’autres galaxies ont été découvertes, on a inventé le concept d’« univers-îles ». Puis notre conception a évolué et le terme en est venu à désigner la réalité qui a pris forme il y a 13,8 milliards d’années. Aujourd’hui, on a des preuves que notre univers en est un parmi de nombreux autres, qui se formeraient comme des bulles dans une mousse cosmique multidimensionnelle. Dans les traités d’astronomie que je lisais dans l’autobus quand j’étais jeune, il était écrit qu’on ne percerait probablement jamais le mystère du Big Bang. Bien de l’eau a coulé sous les ponts depuis! Qu’aurons-nous découvert dans une décennie ou deux?

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

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