L'univers est un immense espace rempli de nébuleuses, d'amas d'étoiles, d'étoiles individuelles, de planètes avec leurs satellites, de diverses comètes, d'astéroïdes et, finalement, d'un vide, ainsi que de matière noire. Il est si énorme que l'exhaustivité de la réponse à la question de sa taille est malheureusement limitée par notre niveau actuel de développement technologique. Cependant, comprendre la taille de l'univers implique de comprendre plusieurs facteurs clés. L'un de ces facteurs, par exemple, est une compréhension du comportement du cosmos, ainsi qu'une compréhension du fait que ce que nous voyons n'est que le soi-disant «univers observable». Nous ne pouvons pas découvrir les vraies dimensions de l'Univers, parce que nos capacités ne nous permettent pas de voir son «bord».
Tout ce qui se trouve en dehors de l'Univers visible est encore un mystère pour nous et fait l'objet de débats et de débats sans fin parmi les astrophysiciens de tous bords. Aujourd'hui, nous essaierons d'expliquer en termes simples ce à quoi la science est arrivée au moment présent en termes de compréhension des dimensions de l'Univers, et nous essaierons de répondre à l'une des questions les plus brûlantes et complexes sur sa nature. Mais d'abord, examinons les principes de base de la façon dont les scientifiques déterminent la distance dans l'espace.
Éclat
La méthode la plus simple pour déterminer la distance dans l'espace consiste à utiliser la lumière. Cependant, si nous prenons en compte la manière dont la lumière se déplace dans l'espace, alors il faut comprendre que les objets que nous voyons depuis la Terre dans l'espace ne se ressembleront pas nécessairement. En effet, pour que la lumière d'objets distants atteigne notre planète, cela peut prendre des dizaines, des centaines, des milliers, voire des dizaines de milliers d'années.
La vitesse de la lumière est de 300 000 kilomètres par seconde, mais pour l'espace, pour un espace aussi gigantesque, le concept de seconde n'est pas une valeur idéale à mesurer. En astronomie, il est d'usage d'utiliser le terme année-lumière pour déterminer la distance. Une année-lumière équivaut à peu près à une distance de 9 460 730 472 580 800 mètres et nous donne non seulement une idée de la distance, mais peut également dire combien de temps il faudra à la lumière d'un objet pour nous atteindre.
L'exemple le plus simple de différences de temps et de distance est la lumière du soleil. La distance moyenne entre nous et le Soleil est d'environ 150 000 000 kilomètres. Disons que vous avez le bon télescope et la bonne protection oculaire pour observer le soleil. L'essentiel est que tout ce que vous verrez à travers un télescope est arrivé au Soleil il y a 8 minutes (c'est la quantité de lumière nécessaire pour atteindre la Terre). Lumière de Proxima Centauri? Ne nous atteindra que dans quatre ans. Ou prenez au moins une aussi grande étoile que Bételgeuse, qui est sur le point de devenir bientôt une supernova. Même si cet événement se produisait maintenant, nous ne le saurions qu'au milieu du 27e siècle!
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La lumière et ses propriétés ont joué un rôle clé dans notre compréhension de l'immensité de l'univers. À l'heure actuelle, nos capacités nous permettent d'examiner environ 46 milliards d'années-lumière de l'univers observable. Comment? Tout cela grâce à l'échelle de distance utilisée par les physiciens et les astronomes en astronomie.
Échelle de distance
Les télescopes ne sont que l'un des outils de mesure des distances cosmiques et ne sont pas toujours en mesure de faire face à cette tâche: plus un objet est éloigné, la distance à laquelle nous voulons mesurer, plus il est difficile de le faire. Les radiotélescopes sont parfaits pour mesurer les distances et faire des observations uniquement dans notre système solaire. Ils sont en effet capables de fournir des données très précises. Mais il suffit de diriger leur regard en dehors du système solaire, car leur efficacité est fortement réduite. Au vu de tous ces problèmes, les astronomes ont décidé de recourir à une autre méthode de mesure de la distance - la parallaxe.
Qu'est-ce que la parallaxe? Expliquons avec un exemple simple. Fermez d'abord un œil et regardez un objet, puis fermez l'autre œil et regardez à nouveau le même objet. Remarquez un léger «changement de position» de l'objet? Ce «décalage» est appelé parallaxe, une technique utilisée pour déterminer la distance dans l'espace. La méthode fonctionne très bien quand il s'agit d'étoiles qui sont relativement proches de nous - environ dans un rayon de 100 années-lumière. Mais lorsque cette méthode devient également inefficace, les scientifiques ont recours à d'autres.
La méthode suivante pour déterminer la distance est appelée «méthode de la séquence principale». Il est basé sur notre connaissance de la façon dont les étoiles d'une certaine taille changent avec le temps. Les scientifiques déterminent d'abord la luminosité et la couleur d'une étoile, puis comparent les indicateurs avec des étoiles proches ayant des caractéristiques similaires, en dérivant une distance approximative basée sur ces données. Encore une fois, cette méthode est très limitée et ne fonctionne que pour les étoiles qui appartiennent à notre galaxie, ou celles dans un rayon de 100 000 années-lumière.
Les astronomes s'appuient sur la méthode de mesure Cepheid pour regarder plus loin. Il est basé sur la découverte de l'astronome américaine Henrietta Swan Leavitt, qui a découvert la relation entre la période du changement de luminosité et la luminosité d'une étoile. Grâce à cette méthode, de nombreux astronomes ont pu calculer les distances aux étoiles non seulement à l'intérieur de notre galaxie, mais aussi à l'extérieur. Dans certains cas, on parle de distances de 10 millions d'années-lumière.
Et pourtant, nous n'avons pas encore approché la question de la taille de l'univers. Par conséquent, nous nous tournons vers l'outil de mesure ultime basé sur le principe du redshift (ou redshift). L'essence du redshift est similaire au principe de l'effet Doppler. Pensez à un passage à niveau. Avez-vous déjà remarqué comment le son d'un sifflet de train change avec la distance, devient plus fort à mesure que vous vous approchez et devient plus silencieux lorsque vous vous éloignez?
La lumière fonctionne à peu près de la même manière. Regardez le spectrogramme ci-dessus, voyez les lignes noires? Ils indiquent les limites d'absorption de la couleur par les éléments chimiques dans et autour de la source lumineuse. Plus les lignes sont décalées vers la partie rouge du spectre, plus l'objet est loin de nous. Les scientifiques utilisent également ces spectrogrammes pour déterminer à quelle vitesse un objet s'éloigne de nous.
Nous avons donc réussi à répondre en douceur. La plupart de la lumière décalée vers le rouge provient de galaxies vieilles d'environ 13,8 milliards d'années.
L'âge n'est pas la chose principale
Si, après avoir lu, vous êtes parvenu à la conclusion que le rayon de l'univers que nous observons n'est que de 13,8 milliards d'années-lumière, alors vous avez omis un détail important. Le fait est qu'au cours de ces 13,8 milliards d'années après le Big Bang, l'univers a continué à s'étendre. En d'autres termes, cela signifie que la taille réelle de notre Univers est beaucoup plus grande que celle indiquée dans nos mesures originales.
Par conséquent, afin de connaître la taille réelle de l'Univers, il est nécessaire de prendre en compte un autre indicateur, à savoir la vitesse à laquelle l'Univers s'est développé depuis le Big Bang. Les physiciens disent qu'ils ont finalement pu obtenir les nombres nécessaires et sont convaincus que le rayon de l'univers visible en ce moment est d'environ 46,5 milliards d'années-lumière.
Certes, il convient également de noter que ces calculs sont basés uniquement sur ce que nous pouvons voir nous-mêmes. Plus précisément, ils sont capables de distinguer dans les profondeurs de l'espace. Ces calculs ne répondent pas à la question de la taille réelle de l'univers. De plus, les scientifiques s'interrogent sur un certain décalage, selon lequel les galaxies plus éloignées de notre Univers sont trop bien formées pour être considérées comme apparues immédiatement après le Big Bang. Il a fallu beaucoup plus de temps pour ce niveau de développement.
Peut-être ne voyons-nous tout simplement pas tout?
Le fait inexplicable mentionné ci-dessus ouvre toute une série de problèmes nouveaux. Certains scientifiques ont essayé de calculer combien de temps il faudrait pour que ces galaxies complètement formées se développent. Par exemple, les scientifiques d'Oxford ont conclu que la taille de l'univers entier pourrait être 250 fois supérieure à celle observée.
Nous sommes en effet capables de mesurer les distances à des objets dans l'univers observable, mais ce qui se trouve au-delà de cette frontière, nous ne le savons pas. Bien sûr, personne ne dit que les scientifiques n'essaient pas de le comprendre, mais, comme mentionné ci-dessus, nos capacités sont limitées par notre niveau de progrès technologique. En outre, il ne faut pas non plus rejeter immédiatement l'hypothèse selon laquelle les scientifiques pourraient ne jamais connaître la taille réelle de l'univers entier, étant donné tous les facteurs qui empêchent de résoudre ce problème.
NIKOLAY KHIZHNYAK