Expansion de l’univers: comment elle se produit, vitesse et phénomènes connexes

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Au tout début, il n'y avait qu'une énergie incroyablement concentrée, à très haute température et dans un très petit volume. Puis il y a eu cette gigantesque expansion et, à mesure que l’univers ( celui dans lequel nous vivons encore aujourd’hui) s'étendait dans l'espace et le temps, les températures se sont refroidies. C’est justement à ce stade de l’évolution de l’univers, que l'énergie a commencé à se condenser pour former la matière, laquelle s'est agrégée pour donner les galaxies, les étoiles et tous les autres corps célestes, y compris notre belle et fragile, planète Terre!

Mais, ce qui est à la fois fascinant et incroyable, c’est que depuis l’explosion du Big Bang, l’univers est entré dans un mouvement d’expansion continu.

Autrement dit, l’univers grandit avec le temps et sa vitesse d’expansion semblerait même s’accélérer ou pour être plus précis s’auto-accélérer depuis sa création!

Que signifie l’expansion continue de l’univers?

Pour dire les choses simplement, l’univers se comporte comme un ballon en train de se gonfler. Et qui plus est, c’est comme si la quantité d’air injectée dans le ballon augmentait d’instant en instant. Mais pour être correct, on parle en fait d’un univers en expansion accélérée ou expansion continue et c’est précisement une particularité de son comportement.

La découverte de ce comportement remonte à 1930. C’est le célèbre astronome Edwin Hubble qui a découvert que la lumière provenant de galaxies très éloignées de la nôtre était caractérisée par un « décalage vers le rouge ». Et il remarqua une deuxième particularité : plus la distance séparant notre galaxie de celle observée est grande, plus le « Redshift » associé à la lumière provenant de cette galaxie est important.

Expansion de l’univers: est-il vrai que l’univers est en expansion continu?

L’expansion de l’univers augmente d’instant en instant, d’où l’adjectif « continue » qui lui a été attribué. Mais d’où vient cette expansion?

D’une explosion, pourrait-on répondre. Le fait que l’univers (et à ce stade de son existence), se comporte de cette manière a été accepté pendant des années sans que l’on puisse véritablement l’expliquer.

Quelles sont les origines de la théorie de l’expansion de l’univers?

Quelles sont les origines de la théorie de l'expansion de l'univers?

Arabian University, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

À l’époque d’Einstein (et même avant), l’univers était considéré comme un univers statique, c’est-à-dire comme une immense sphère avec des galaxies toujours dans la même position et, surtout, ayant un centre.

Dans cette situation, on se demandait évidemment pourquoi, sous l’effet de la gravité, il ne s’effondrait pas vers le centre. Einstein lui-même, dans ses formules, a dû introduire un terme (dérivé d’une hypothétique force de répulsion) qu’il a appelé « constante cosmologique ».

Mais c’est en 1929 que le physicien Hubble a fait une découverte qui allait tout bouleverser: les galaxies s’éloignent toutes les unes des autres avec une vitesse qui est toujours proportionnelle à leur distance.

Autrement dit, partout dans l’univers, deux galaxies très éloignées l’une de l’autre, s’éloignent plus vite que deux galaxies voisines. C’est précisément ce qu’affirme et nous démontre la loi de Hubble.

Expansion de l’univers: comment cela se passe-t-il et à quelle vitesse?

Expansion de l'univers: comment cela se passe-t-il et à quelle vitesse?Tout d’abord, commençons par dire que l’expansion de l’univers est plus rapide que ce que l’on pensait : c’est en tout cas ce qu’affirment la NASA et l’Esa, qui ont estimé que l’expansion se produit à un rythme de 5 à 9% plus rapide qu’estimé précédemment (sur la base d’études récentes).

Ce nouveau résultat est le fruit de mesures extrêmement précises de la distance entre 19 étoiles (dans d’autres galaxies), obtenues à l’aide du télescope spatial Hubble. Le physicien Adam Riess, lauréat du prix Nobel de physique en 2011 et coordinateur des travaux, affirme que la vitesse d’expansion de l’Univers est précisement de 73,2 kilomètres par seconde et par mégaparsec.

Cette nouvelle estimation ( dont nous ne détaillerons par les calculs astronomiques extrêmement complexes)place en fait la barre à la limite supérieure de la fourchette supposée jusqu’à présent : en simplifiant, elle indique que tout objet hypothétique situé à 1 Mpc (mégaparsec, c’est-à-dire 3,26 millions d’années-lumière) de nous s’éloigne à une vitesse de 73,2 km/sec (alors que les estimations précédentes se situaient entre 50 et 75 km/sec).

Mais qu’est-ce que cela signifie au juste? Selon ces calculs, la distance entre les objets de l’Univers (comprenons ici l’ensemble de l’espace et de la matière) doublera en 9,8 milliards d’années, un chiffre qui par ailleurs est différent d’autres évaluations…

Phénomènes liés à l’expansion de l’univers

Le concept d’univers en expansion peut sembler, à première vue, éloigné des mécanismes célestes et des recherches cosmologiques plus connues menées ces dernières années. Ce phénomène physique extraordinaire est aussi fascinant que mystérieux, et de nombreux aspects restent encore obscurs ou à étudier car, oui, l’univers est encore très mystérieux…

Décalage vers le rouge

Parmi les nombreux aspects qui caractérisent le mouvement de nos chères galaxies, il en est un qui est souvent résumé par un terme souvent associé à l’ensemble du phénomène de « l’expansion de l’univers », et celui-ci est Redshift, qui par ailleurs se traduit simplement en Français par « déplacement vers le rouge ».

Big Bang

En appliquant la loi à l’envers de l’expansion de l’univers, c’est-à-dire en remontant dans le temps, on constate que l’univers tout entier a dû à l’origine être concentré en un seul point. Pour donner un repère temporel, tout cela s’est produit il y a environ 14 milliards d’années! Et, ce moment où finalement tout a commencé est appelé le « Big Bang« .

L’expansion de l’univers ne doit pas être considérée comme une grande explosion, au sens strict du terme. En effet, une explosion a un centre, alors que l’univers n’en a pas : en fait, chaque point de l’univers peut être considéré comme son centre.

Le meilleur exemple pour comprendre ce phénomène est de considérer la pâte d’un gâteau en train de cuire: chaque sultanine s’éloigne des autres avec une vitesse proportionnelle à leur distance. Certes l’exemple est schématisé un maximum, mais, c’est bien ce qui se passe pour toutes les galaxies qui évoluent dans l’univers.