Nous vivons sur une petite bille bleue perdue dans l’immensité du cosmos.
Mais où sommes-nous vraiment, dans l’espace et dans le temps ?
Quelle est donc notre place dans l’Univers ?
L'Univers en 365 jours
Notre civilisation vient tout juste de naître.
Pour s’en rendre compte, comprimons l’âge de l’Univers sur une seule année.
- 1 année = 13,8 milliards d'années
- 1 jour = 37,8 millions d’années
- 1 heure = 1,575 million d’années
- 1 minute = 26 050 années
- 1 seconde = 434 années
Dans ce calendrier cosmique popularisé par Carl Sagan, l'année commence le 1er janvier à 00:00 par le Big Bang et le présent est symbolisé par le 31 décembre à minuit.
Vers mi-janvier, les premières étoiles apparaissent.
Début mai, notre galaxie, la Voie lactée, prend sa forme de spirale dotée de bras.
Dans un coin reculé, le 2 septembre, la Terre émerge.
Les premières traces de vie apparaissent mi-septembre, sous la forme d’organismes monocellulaires.
Le 9 novembre, les Eucaryotes, des cellules plus complexes, germent.
À partir de mi-décembre l’arbre du vivant va se ramifier à toute allure.
Le 14 décembre, les arthropodes débarquent. Le 17, c’est au tour des poissons. Ils sont rejoints le 20 par les plantes terrestres, le 21 par les insectes, le 22 par les amphibiens et le 23 par les reptiles.
Les dinosaures naissent à Noël. Le 26, les premiers mammifères se manifestent, un jour avant les oiseaux et deux avant les fleurs.
À l’aube du 30 décembre, un gros astéroïde percute notre planète à Chicxulub dans l’actuel Mexique. Le même jour, dans les cendres laissées par cette catastrophe, les premiers primates grimpent aux arbres.
Nous y sommes. Ce soir, nous fêterons le nouvel an. Le 31 décembre, peu après 14h, un lointain ancêtre des grands singes fait son apparition.
Dans la soirée, vers 20h, la lignée humaine se sépare de celles des chimpanzés.
Un peu avant 23h, Homo Erectus domestique le feu.
Dans le dernier quart d’heure, Homo Sapiens se réveille enfin.
Une dizaine de secondes après le début de l’ultime minute, il orne la grotte de Lascaux de peintures et de gravures.
À 23h59mn35s, il invente l’agriculture.
L’Histoire telle que nous l’apprenons à l’école débute dans les treize dernières secondes avec l’invention de l’écriture.
À 23h59mn49s, les grandes pyramides de Gizeh sont érigées. Six secondes plus tard, le christianisme apparaît.
Au cours de l’ultime seconde de cette année cosmique, des rois sont décapités, l’électricité est maîtrisée, deux bombes atomiques sont larguées sur d’autres Sapiens, et Neil Armstrong pose son pied sur la Lune.
Les échelles de l’Univers
Nous résidons à peu près tous sur Terre (ou pas bien loin, dans l’ISS).
Notre planète se trouve dans le Système solaire. C’est notre quartier. On y trouve quelques riverains comme Mercure, Venus, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus ou Neptune (entre autres).
Notre petit agglomérat fait partie d’une très grande ville. Tous ses quartiers sont organisés autour d’étoiles.
La nôtre, c’est le Soleil. C'est une étoile de type naine jaune qui est situé à environ 150 millions de kilomètres de la Terre. Cette distance porte un nom : une unité astronomique.
Lorsque notre œil regarde un objet, il capture la lumière qui lui arrive en provenance de cet objet. Comme la lumière ne se déplace pas instantanément, mais à 299 792 458 m/s dans le vide, il existe un délai entre l’image créée et la réalité de l’objet.
Dans la vie de tous les jours, nous n’y prêtons pas attention car les distances sont trop faibles. Pourtant, à chaque fois que nous observons le ciel la nuit, nous observons le passé de milliers d’étoiles. Certaines ne sont déjà peut-être plus là. Elles continueront pourtant de briller pendant de longues années, le temps que l’image de leur explosion nous parvienne.
Avant que la nuit ne tombe, on peut aussi observer ce phénomène. La lumière qu’émet notre soleil mettant en moyenne 480 secondes à nous parvenir, lorsqu’il se couche, il est en réalité déjà au lit depuis 8 minutes !
Allons rencontrer notre voisine : Proxima Centauri.
Cette étoile se trouve à près de 40 milliards de kilomètres. En supposant qu’une voie ferrée interstellaire permette un tel trajet, il faudrait 14 000 ans pour s’y rendre en TGV.
Pour exprimer de si grandes distances, on préfère utiliser les années-lumière, c’est-à-dire la distance que parcourt la lumière en une année.
Si le soleil se trouve à 8 minutes-lumière de la Terre, Proxima du Centaure, elle, se trouve, à environ 4,2 années-lumière. Nous l’observons donc telle qu’elle était il y a plus de quatre ans.
Cette grande ville, c’est notre galaxie : la Voie lactée.
Elle ressemble à une spirale, composée de bras. Nous, nous habitons vers le bras d’Orion.
Au centre, se trouve un trou noir supermassif.
Notre galaxie contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles.
Il est déjà difficile de concevoir un tel nombre. Imaginez un cube de 1 mètre de côté. Remplissons-le de sable fin. Ce cube pourrait contenir environ 100 milliards de grains de sable. Il faudrait entre deux et quatre de ces cubes pour simuler le nombre d’étoiles dans notre galaxie.
La Voie lactée a une sœur qui lui ressemble. C’est Andromède. Elle est située à environ 2,55 millions d'années-lumière du Soleil. Même si cela nous semble particulièrement loin, elle est toujours invitée à la fête des voisins.
Andromède est attirée par la gravité de la Voie Lactée (et inversement). Les deux objets cosmiques se rapprochent l'un de l'autre à la vitesse approximative de 430 000 km/h. La collision semble inévitable, et se produira dans environ quatre milliards d'années.
Rassurez-vous, les deux galaxies sont immenses et principalement composées de vide. La probabilité que des étoiles se percutent est faible. Elles se traverseront probablement comme des nuages, dans une danse qui durera un bon milliard d’années.
En attendant, on peut s’amuser à imaginer à quoi ressemblera le ciel d’ici là.
Faisons un nouveau pas de géant. Notre Voie lactée et Andromède ne sont alors plus que deux petits points dans l’immensité de l’Univers.
Entre le 24 septembre 2003 et le 16 janvier 2004, le télescope spatial Hubble fut pointé pendant près de 1 million de secondes de temps d'exposition vers une toute petite partie du ciel. Sa taille apparente est équivalente à celle d'un carré de 1 mm de côté vu à une distance de 1,4 mètre. Cela équivaut à environ un vingt-six millionième de la surface totale du ciel.
Cette photographie prendra le nom de champ ultra-profond de Hubble, ou HUDF (de l'anglais Hubble Ultra Deep Field).
Son analyse révélera plus de 10 000 objets, dont la plupart sont des galaxies, sans compter tout ce qui nous est invisible car trop peu lumineux.
Après dix ans d’affinage, le 12 septembre 2012, une nouvelle image est publiée sous le nom de champ extrêmement profond de Hubble, ou HXDF (pour Hubble eXtreme Deep Field). Elle représente une petite partie du centre de la photographie du champ ultra-profond de Hubble, couvrant un trente-deux millionième du ciel.
Imaginez une nuit loin de la ville. C’est la pleine lune. Alors que vous l’observez, vous commencez à la quadriller dans votre tête. Vous divisez sa hauteur en 10, et de même pour sa largeur. L’espace couvert par le champ extrêmement profond de Hubble correspond environ à un carré de ce quadrillage.
Dans cette petite zone, plus de 5 500 galaxies ont été comptées, dont les plus anciennes sont vues telles qu'elles étaient il y a 13,2 milliards d'années. Elles font partis des objets célestes les plus vieux jamais observés.
Sans télescope, il faudrait à l’œil humain une sensibilité dix milliards de fois supérieure pour percevoir la luminosité de ces galaxies si éloignées.
En extrapolant ces résultats au reste du ciel, on peut considérer que l’Univers contient entre 100 milliards et 1 000 milliards de galaxies. Ces galaxies ne sont pas réparties de manière uniforme dans l’espace. La plupart sont regroupées en groupes et en amas.
Les groupes en contiennent au plus une centaine, et les amas jusqu’à plusieurs milliers. Ces groupes et ces amas, avec quelques galaxies isolées, se regroupent à grande échelle selon des structures encore plus grandes : les superamas.
Notre Voie lactée se trouve dans le Groupe local, tout comme sa voisine la galaxie d’Andromède. Ce groupe se trouve au bord du superamas de la Vierge, également appelé Superamas local. Son diamètre est de 33 mégaparsecs.
Le parsec, c’est une autre unité utilisée en astronomie pour décrire de longues distances. Il vaut environ 3,26 années-lumière. En science, lorsque l’on utilise le préfixe “méga”, cela signifie que l’on multiplie le tout par un million. Si le dernier film que vous avez vu au cinéma était mégabien, cela signifie qu’il était 1 million de fois bien.
33 mégaparsecs équivalent ainsi à 110 millions d’années-lumière. Dans le volume du Speramas de la Vierge, on pourrait y rentrer 7 000 fois celui du Groupe Local, ou 100 milliards de fois celui notre galaxie, la Voie lactée.
Chaque point de l’image représente une galaxie. Chacune de ces galaxies est composée de milliards d’étoiles, autour desquelles gravitent des exoplanètes.
Les superamas font partie des plus grandes structures cosmiques. Dans l'univers visible, il y en aurait plus de 10 millions.
L’Univers observable
Lorsque l’on cherche à remonter loin, très loin dans l’espace et le temps, nous nous heurtons à une barrière aux alentours de 380 000 ans après le Big Bang. C’est notre limite observable.
Cette limite, c’est le fond diffus cosmologique.
Les régions bleues sont les plus froides, alors que les rouges sont les plus chaudes. La différence maximale de température est de l'ordre de 0,0001 degré Celsius.
Selon le modèle du Big Bang, dans les premiers millénaires de son existence, l'Univers était notablement plus petit. Il comprenait un plasma de particules (protons, électrons, photons…).
Pendant son expansion, l’Univers s’est refroidi. Jusque vers 380 000 ans, les conditions étaient telles que ces particules formaient une “mer” infranchissable pour les photons.
Nous voyons les photos qui parviennent jusqu’à notre œil. S’ils restent bloqués quelque part, on ne peut pas les observer. C’est le même mécanisme qui rend noir les trous noirs.
L'Univers, continuant son expansion, a refroidi de plus en plus, tout en restant homogène. Cette diminution de la température permit aux particules de se recombiner. Les électrons et les noyaux atomiques se lièrent, formant des atomes. La “mer” électronique ayant cessé d'exister, les photons circulaient désormais librement dans l'Univers, devenu “transparent”.
Pour n'importe quel observateur, un sous-ensemble de ces photons forme une sphère centrée sur lui. C'est la surface de dernière diffusion.
Aujourd’hui, l’Univers est toujours en expansion, et plus vite que vous ne pouvez l’imaginer. Une grande partie nous en est hors de portée. À l’échelle cosmique, on emploie ainsi le terme d’Univers observable.
Pourquoi l’Univers est plus grand que l’Univers observable ?
Après tout, le modèle de la relativité restreinte d’Einstein prédit que, même si l’on construisait un vaisseau capable d’approcher la vitesse de la lumière, cette limite ne pourrait jamais être dépassée.
La réponse ce trouve dans le fait que la vitesse de la lumière est indépendante de tout mouvement relatif dans l'espace.
Concrètement, cela signifie que dans un espace donné, l’échange d’information (comme la lumière) ne pourra jamais dépasser la célérité (la vitesse de la lumière dans le vide). En revanche, des objets peuvent se déplacer avec une vitesse relative plus grande que cette limite.
On ne parle d’ailleurs pas de vitesse pour l’expansion de l’Univers, mais de vitesse par unité de distance. Exemple : 73 km/s/Mpc (Mpc = mégaparsec).
Au-delà d'environ 15 milliards d'années-lumière, l'espace entre nous et un objet s'étendra trop rapidement pour pouvoir un jour l’atteindre, même en voyageant à la vitesse de la lumière. Les galaxies au-delà de ce point "inatteignable" s'éloigneront de nous à des vitesses supérieures aux limites imposées par la relativité d'Einstein.
Nous sommes ainsi condamnés à rester au centre de notre Univers observable.
Conclusion
L’astronomie donne une leçon d’humilité.
Ces nombres sont au-delà de notre compréhension. Il n’y a pas assez de grains de sable sur Terre pour les représenter.
Alors, quelle est notre place dans l’Univers ?
Certains trouvent des réponses dans la religion. D’autres, dans la philosophie.
Aujourd’hui, je vous propose une idée simple.
→ Notre place, dans l’Univers, est en son centre.
Cette vision semble anthropocentrique. C’est vrai. Imaginez que vous êtes sur un radeau au large de l’océan. L’eau s’étend à perte de vue. Dans toutes les directions, il n’y a que du bleu. C’est tout juste si vous arrivez à distinguer le ciel des flots.
À cet instant, vous vous situez au centre de votre univers. Peu importe où vous regardez, vous serez toujours au cœur de votre champ de vision.
Au-delà des échelles absurdes de l’Univers, de la souffrance existe juste à côté de nous.
Au-delà des questions existentielles, nous pouvons tous agir à notre échelle.
Et si ce voyage nous amenait à nous recentrer sur nous-même, pour ensuite rayonner ?
Trop de personnes ont une vision bien sombre de leur univers. Il ne tient qu’à nous d’y ajouter un peu de lumière.
Nous sommes au centre de notre Univers observable, et nous avons le pouvoir de décider de la manière dont nous allons interpréter ce que nous voyons.
