Univers observable

Univers observable

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Voir l'article Univers pour un point de vue général de l'univers.

L'univers observable est un terme utilisé en cosmologie pour décrire la partie visible de notre Univers. Par définition même, la limite de cette partie visible est située à l'horizon cosmologique. Du fait que notre Univers a un âge fini, disons 14 milliards d'années, la lumière des objets célestes situés au-delà de l'horizon n'a pas eu le temps de parvenir jusqu'à nous et ces objets sont donc invisibles.

Il serait scientifiquement inconséquent d'ignorer la partie non observable de l'Univers au prétexte que nous ne pouvons pas la voir. C'est toute la force des modèles théoriques de pouvoir appréhender l'univers dans son ensemble alors que nous ne pouvons en voir qu'une partie. D'ailleurs la lumière voyageant à la vitesse de trois cent mille kilomètres par seconde, chaque seconde de temps qui s'écoule nous fait découvrir une profondeur d'espace nouvelle de trois cent mille kilomètres. De la sorte, en une année, quelques galaxies nouvelles supplémentaires se découvrent à notre vue. On conçoit qu'il serait absurde de dénier la réalité de ces objets avant que nous puissions les voir alors qu'ils vont apparaître d'un moment à l'autre. Entrer dans la partie observable de notre Univers n'est pas entrer dans la réalité.

Sommaire

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Taille de l'univers observable [modifier]

Puisque l'âge de notre Univers est de quelque 14 milliards d'années, la lumière émise par un astre ne peut pas avoir voyagé plus de 14 milliards d'années. Par conséquent la lumière issue des objets les plus éloignés que nous puissions détecter, à la limite de la partie observable de notre Univers, aura mis 14 milliards d'années pour nous parvenir. Pendant ce temps la lumière aura parcouru exactement 14 milliards d'années de lumière et par conséquent ce nombre fixe commodément la taille de la partie observable de notre Univers.

C'est une autre question de savoir à quelle distance géométrique se situent actuellement les objets dont nous recevons la lumière, 14 milliards d'années après qu'ils l'aient émise. Pour déterminer cette distance, il faut adopter un modèle d'univers et connaissant la vitesse d'expansion de l'espace en déduire la distance dont se sera éloigné l'objet considéré depuis l'émission des photons. Dans le cadre du modèle le plus simple la distance "actuelle" de l'horizon serait de l'ordre de 40 milliards d'années et ce nombre est sans doute une estimation correcte de l'ordre de grandeur de la quantité cherchée.

Dans les détails, il existe des désaccords concernant la taille exacte de l'univers observable : une étude du fond cosmologique par WMAP[1] en mai 2004 montre que le rayon de l'univers observable serait d'au moins 78 milliards d'années-lumière, alors qu'une publication dans la revue spécialisée Pour la Science d'avril 2005 parle de 46 milliards d'années-lumière. L'ambiguïté de la taille provient de la méconnaissance de la variation du taux d'expansion avec le temps, tout particulièrement si on introduit l'effet de la matière noire, composante hypothétique de l'univers qui accélèrerait son expansion.

En pratique, nous ne pouvons pas atteindre l'horizon cosmologique. Nous ne pouvons observer les objets que jusqu'au fond diffus cosmologique, 300 000 années après le Big bang, quand l'univers s'était assez refroidi pour permettre aux électrons de se joindre aux noyaux atomiques, ce qui amena un arrêt à l'effet Compton des photons ambiants en permettant ainsi aux photons de survivre assez longtemps pour atteindre la Terre. Toutefois il est possible d'extraire des informations d'avant cette époque grâce à la détection des ondes gravitationnelles ou des neutrinos.

Contenu de l'univers observable [modifier]

Voici trois façons d'estimer en ordre de grandeur la quantité de matière dans la partie observable de notre Univers. Elles conduisent à un nombre total d'atomes de l'ordre de 1080 en chiffres ronds.

  • 1 - L'horizon de notre univers est situé actuellement à environ 40 milliards d'années-lumière, comme nous venons de le voir. Si l'on néglige les effets de courbure de l'espace, le volume de l'espace visible représente 4/3 π R³ = 2 × 1086 centimètres cube. La densité critique de l'univers pour une constante de Hubble égale à 75 (km/s)/Mpc est 3 H2/(8 π G) = 10−29grammes par centimètre cube soit environ 5×10−6 atomes d'hydrogène par centimètre cube. En multipliant ceci par le volume de la partie visible de l'univers, on obtient 1081 atomes d'hydrogène.
  • 2 - Une étoile typique pèse environ 2×1033 grammes (c'est la masse du Soleil), ce qui fait environ 1057 atomes d'hydrogène par étoile. Une galaxie typique contient environ 400 milliards d'étoiles ce qui fait que chaque galaxie aurait en moyenne environ 1×1057 × 4×1011 = 4×1068 atomes d'hydrogène. Il y aurait peut-être 80 milliards de galaxies dans la partie observable de notre Univers, ce qui fait au final 4×1068 × 8×1010 = 3×1079 atomes d'hydrogène dans l'univers.
  • 3 - Enfin une façon simple, plus rigoureuse et moins arbitraire d'estimer l'ordre de grandeur des quantités cherchées est de faire les calculs à partir du modèle simple de Friedmann. Une application numérique pouvant être considérée comme une bonne première approximation de la réalité donne une densité actuelle de 5×10-30 grammes par centimètre cube pour un volume total de l'Univers de 1087 centimètres cube dont nous ne verrions que 20%. Ces nombres conduisent à 1057 grammes de matière, c'est-à-dire à 5 × 1080 atomes, dans la partie observable de notre Univers.

Articles connexes [modifier]

References [modifier]

  1. (en) Whitehouse, Dr David (May, 2004). BBC News. Astronomers size up the Universe. Accédé le 29 juillet 2006.


16/09/2007
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