Quelle est la taille de l'univers? - Une explication

L'univers est un  grand endroit, et il est difficile de comprendre la taille immense étant donné nos idées finies de distance ici sur Terre. Pour cette raison, il est difficile de déterminer une réponse pour exactement «quelle taille». Tenter de comprendre l'immense taille de l'univers implique cependant quelques facteurs clés. La première consiste à comprendre quelques faits clés sur le comportement de l'espace tout en réalisant que ce que nous voyons n'est que «l'univers observable». Nous ne connaissons peut-être pas vraiment la taille  réelle de l' univers réel  parce que, très franchement, nous ne pouvons tout simplement pas le voir.

Ainsi, ce qui se trouve au-delà de l'univers observable reste un mystère, ouvrant ainsi des questions entièrement nouvelles sur ce qui se trouve au-delà de notre champ de vision - qui se trouve également faire l'objet de nombreuses recherches d'astrophysiciens. Ici, nous allons essayer de le décomposer en termes simples pour tenter d'analyser ce qui est en fait l'une des questions les plus complexes de la science. Mais d'abord, quelques notions de base sur la façon dont nous mesurons la distance dans l'espace.

Utiliser la lumière pour le comprendre

Le moyen le plus simple de mesurer la distance dans l'espace est d'utiliser la lumière. Cependant, en raison de la façon dont la lumière se déplace, vous ne réalisez peut-être pas que lorsque vous regardez les cieux, ce que vous voyez n'est pas réellement à quoi ressemble cet objet en ce moment dans l'espace. Au lieu de cela, il a littéralement fallu des années, des siècles - voire des éons - pour que la lumière de ces objets éloignés parvienne sur Terre.

La lumière se déplace à une vitesse de 186 000 miles par seconde, mais pour de telles distances spatiales, la seconde n'est pas une excellente méthode de mesure. Les astronomes utilisent   plutôt l' année-lumière pour parler à distance. Une seule année-lumière équivaut à environ six mille milliards de miles et cela donne non seulement une idée de la distance, mais aussi du temps qu'il faut à la lumière de l'objet pour vous atteindre.

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À une échelle beaucoup plus petite, nous l'appliquons à notre propre soleil. En moyenne, le soleil est à environ 150 millions de kilomètres. Si vous aviez le bon télescope (et les bonnes lunettes) pour voir notre soleil, vous voyez en fait à quoi il ressemblait il y a huit minutes. Proxima Centauri? Cette lumière date d' il y a quatre ans . Et alors que Bételgeuse devrait bientôt devenir supernova, si c'était le cas aujourd'hui, nous ne le saurions pas avant le milieu du 27e siècle - pas de blague.

La lumière et ses propriétés ont joué un rôle crucial dans l'apprentissage de la taille de notre univers et à l'heure actuelle - d'après ce que nous pouvons dire - le bord de l'univers observable est à environ 46 milliards d'années-lumière de la Terre elle-même. Mais comment en sommes-nous arrivés là? C'est par un processus que les astronomes et les physiciens appellent «l'échelle de distance cosmique».

L'échelle de distance cosmique

Les télescopes font simplement partie de la détermination de la distance cosmique, et les choses deviennent plus complexes à mesure que nous cherchons à mesurer des objets de plus en plus loin. Les radiotélescopes font bien pour les observations initiales à l'intérieur de notre système solaire pour mesurer la distance, offrant des résultats assez précis, mais une fois que vous sortez de notre système solaire, les radiotélescopes ne sont tout simplement pas pratiques. Pour cette raison, les astronomes se tournent maintenant vers quelque chose appelé parallaxe .

Un moyen simple de comprendre la parallaxe consiste à utiliser vos propres yeux. Regardez un objet en couvrant un œil, puis couvrez l'œil opposé. Avez-vous vu l'objet «bouger»? Ce décalage est appelé parallaxe et il est utilisable pour calculer une distance. Le système fonctionne bien pour nos voisins célestes les plus proches, mais une fois que vous dépassez environ 100 années-lumière, le décalage est si imperceptible qu'une autre méthode est nécessaire.

Cette méthode suivante est appelée  ajustement de la séquence principale et repose sur notre connaissance de la façon dont les étoiles d'une certaine taille changent avec le temps. Il regarde la luminosité et la couleur des étoiles plus loin et les compare avec des étoiles plus proches pour tenter de mesurer sa distance. Mais encore une fois, cela a aussi des limites et ne fonctionnera que pour les étoiles de notre propre galaxie ou celles situées à environ 100 000 années-lumière.

Pour aller encore plus loin, les astronomes s'appuient sur une méthode connue sous le nom de  variables céphéides . Basé sur la découverte de 1908 d'Henrietta Swan Leavitt qui dicte qu'un certain type d'étoile varie sa luminosité au fil du temps. Ces variations - rapides ou lentes - sont liées à leur luminosité. Dans cet esprit, les astronomes ont pu utiliser le concept principal d'ajustement de la séquence pour estimer les distances - certaines jusqu'à 10 millions d'années-lumière.

Mais nous sommes encore loin de là où nous devons être pour comprendre les vastes distances de notre univers. Pour cela, nous nous tournons enfin vers un concept connu sous le nom de  redshift  qui nous donne la plage nécessaire pour mesurer la taille de notre univers. Redshift est très similaire au fonctionnement de l'effet Doppler. Imaginez que vous êtes assis à un passage à niveau. Avez-vous déjà remarqué comment le klaxon d'un train semble changer de hauteur, augmentant à mesure qu'il se rapproche et diminuant à mesure qu'il s'éloigne?

redshift Space Exploratorium Space Exploratorium

La lumière fonctionne de la même manière. Regardez un spectrographe et notez ses lignes sombres. Cela est dû au fait que la couleur est absorbée par les éléments dans et autour de la source lumineuse. Plus ces lignes sont décalées vers les parties rouges du spectre - d'où le terme - plus l'objet est éloigné. C'est aussi une indication de la vitesse à laquelle l'objet s'éloigne de nous.

C'est ici que nous obtenons enfin notre réponse. La lumière la plus décalée vers le rouge provient de galaxies âgées d'environ 13,8 milliards d'années.

L'âge n'est pas tout

Bien qu'il puisse être facile de penser que la limite de notre univers observable n'est qu'à 13,8 milliards d'années-lumière de rayon de la Terre, il vous manque une partie importante de l'histoire. Au cours de ces 13,8 milliards d'années, l'univers a continué de s'étendre après le Big Bang. Cela signifie que la taille réelle de notre univers est beaucoup, beaucoup plus grande que notre mesure initiale.

Comprendre cela prend en compte d'autres recherches, y compris ce que nous savons sur la vitesse à laquelle l'univers s'est développé depuis le Big Bang. C'est exactement ce que les physiciens ont fait et pensent maintenant que le rayon de l'univers observable est maintenant d'environ 46,5 milliards d'années-lumière.

Cependant, il convient également de mentionner que nos calculs sont basés sur ce qui est réellement visible et vu. Les galaxies les plus éloignées de notre univers sont trop bien formées pour venir juste d'apparaître juste après le Big Bang, ce qui crée une toute nouvelle énigme.

Et maintenant?

Peut-être que nous ne voyons pas tout

Ce problème encore inexplicable ouvre un tout nouvel ensemble de problèmes. Certains ont tenté d'extrapoler le temps qu'il a fallu à ces galaxies lointaines trop bien formées pour se développer, comme des chercheurs de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni qui ont estimé que l'univers entier pourrait atteindre 250 fois la taille de notre univers observable. Essayez de comprendre cela.

Cependant, certains croient en une théorie encore plus folle qui suggérerait que notre univers pourrait être l'un d'un nombre infini d'autres univers - c'est ce qu'on appelle un multivers. Ce sujet en lui-même nécessiterait un article entièrement différent si nous voulions même essayer de gratter la surface entourant les principes de base relatifs à la théorie. Ainsi, alors que nous pouvons mesurer les limites de l'univers observable, nous n'avons aucune idée de ce qui se trouve au-delà.

Bien sûr, cela ne signifie pas que les scientifiques n'essaient pas de le comprendre. En d'autres termes? Nous ne pouvons que deviner la taille de l'univers et les scientifiques peuvent ne jamais avoir de réponse exacte à cause de tous les facteurs possibles en jeu.