De multiples questions se posent lorsque l'on commence, enfant, à en savoir plus sur les noms des étoiles, des galaxies et autres. Les enfants sont bien souvent extrêmement curieux lorsqu'il s'agit de trouver des explications sur les phénomènes de la nature, et qui plus est, de l'Univers. La science qui s'occupe de répondre à ces questions s'appelle l'astronomie. Et malgré le fait que tout un chacun peut se poser d'innombrables questions sur la chose, il faut dire que les réponses données nous plongent bien souvent soit dans l'incompréhension totale, soit dans le rejet…
C'est pourquoi Superprof se propose de vous expliquer les choses calmement, avec des termes précis, de manière à ce que vous puissiez lire tranquillement chez vous sans pression ! Pas de professeur acharné derrière vous…
Qu'est-ce que l'univers ? Parlons définitions !
Tout d'abord, les définitions s'imposent. En effet, il ne faut jamais se lancer dans un domaine dans lequel nous n'avons que peu de connaissances sans comprendre les définitions des éléments en question. N'avez-vous jamais remarqué que dans moult romans de fiction, les auteurs commencent par poser les bases et donner des définitions qui plus tard seront essentielles pour la suite du roman ? Comme dans la série des Harry Potter par exemple ? Il en est de même pour la physique, globalement, et peut-être particulièrement pour l'astronomie !
Comme pour tout, ce qu'on ne voit pas devant nous nous semble toujours plus complexe. On peut faire l'expérience d'une pomme qui tombe d'un arbre, d'une solution chimique ou encore du vent dans nos cheveux (phénomène physique). Ainsi, lorsqu'il s'agit de choses dont on ne peut faire l'expérience dans la vie de tous les jours, tel que l'univers, ou plutôt, visionner réellement ce qu'est l'Univers, les choses deviennent plus floues pour nous.
En réalité, qu'est-ce que l'Univers ? L'Univers est le nom que nous avons donné, en tant qu'être humain, à l'ensemble de tout ce qui existe de connu. Ainsi, l'Univers est constitué de matière, de temps et d'espace ! Tout paraît plus clair ? L'astronomie emploie des mots qui effraient, mais en réalité, les choses ne sont pas aussi effrayantes qu'il n'y paraît. Si l'Univers est étudié en classes de physique et non de chimie, par exemple, c'est parce que l'Univers est régi principalement par des lois physiques.
De quoi est composé l'Univers ?
L'Univers contient notre galaxie, appelée la Voie Lactée, mais en réalité, il est constitué en très grande partie de… vide. De vide, oui ! Il y a bien des galaxies, mais il faut savoir que ces galaxies ne représentent qu'une partie infime de l'Univers, aussi effrayant que celui puisse être à entendre… L'Univers n'est composé qu'à 4,9% de matière (ordinaire) dite baryonique ! La matière baryonique comprend les atomes, et constitue donc la totalité de la matière ordinaire, car elle est dite "baryonique" puisqu'elle est composée de baryons (des particules composites). Mais il contient aussi de la matière noire, à 26,8%, ainsi que le reste, qui est appelée énergie sombre, à 68,3%...
L'Univers "connu" par l'humain contient donc l'ensemble des galaxies, parmi lesquelles se trouve la nôtre, à savoir la Voie Lactée. L'Univers se compose donc en quelque sorte d'amas de galaxies, et de vide. Qu'est-ce qu'un amas de galaxies ? Un ensemble de plusieurs galaxies. Entre ces amas de galaxies, il y a donc du vide. Si on résume bien, vous avez donc compris que la matière ordinaire constituant 4,9% l'Univers est représentée par les galaxies. On estime que l'Univers est composé de milliards d'étoiles, dont celle qui nous fait vivre : le Soleil.
La structure de la matière semble étrange, comme si cela ressemblait des formes précises !
L'ancienne vision (imaginée de l'Univers)
Pendant de longs siècles, l'être humain pensait réellement que l'Univers se limitait à ce que l'on voyait au-dessus de nos têtes. Ce n'est pas complètement étrange, étant donné que les premiers instruments pour explorer le ciel n'existaient pas encore ! L'astronomie a posé bien des problématiques dans l'histoire. On pensait donc que l'Univers se limitait à une petite étendue ("petite" en comparaison à sa vraie taille supposée), et d'ailleurs, ne l'oublions pas, nous pensions jusqu'aux travaux irréfutables de Galilée au XVIIe siècle que la Terre était au centre de l'Univers et que le Soleil tournait autour…
Il a en fait fallu attendre un certain temps avant de donner les noms d'Univers et de galaxie. En effet, le terme de "galaxie" n'est apparu qu'au XXe siècle !
Comment sont réparties les galaxies dans l'Univers ?
Les galaxies sont des "paquets d'étoiles". Mais sont-elles réparties de manière totalement aléatoire ? Ou bien peut-on considérer que les galaxies sont plus nombreuses à certains endroits de l'Univers qu'à d'autres ? Comment cette structure se comporte-t-elle ? Pour avoir la réponse à ces questions, nous avons dû en réalité attendre un bon moment ! Saviez-vous que ce n'est que depuis le milieu du XXe siècle que nous savons désormais que les galaxies ne sont absolument pas réparties ni de manière aléatoire dans l'Univers ni de manière homogène ?
Au contraire de ce que l'on a pu penser nombre de penseurs et scientifiques jusqu'ici, les galaxies ont une disposition en réalité bien précise, contrairement à toute attente ! Bien entendu, si les réponses à ces questions ont beaucoup tardé, c'est parce qu'il a fallu mettre au point des stratagèmes (autres que simplement prendre une photo !) pour déterminer de quelle manière étaient structurés les amas de galaxies. Comment faire ? Plusieurs méthodes sont possibles, mais une est particulièrement appréciée et efficace.
La méthode du décalage vers le rouge
Tout d'abord, il faut savoir que plus une galaxie est éloignée de nous, plus elle va nous apparaître de couleur rouge. Les galaxies qui nous apparaissent fortement rouges sont alors très éloignées. On mesure cette différence par le biais du spectre lumineux, avec précision, car bien entendu, il ne va pas s'agir de galaxies aux teintes très variées. Il est certain que les galaxies proches entres, elles vont avoir une teinte parfois extrêmement similaire, à condition qu'elles aient donc environ la même distance avec la nôtre, et c'est pourquoi nous avons tant besoin de précision ici. C'est ainsi qu'on peut déterminer leur distance avec notre galaxie.
La méthode de la vitesse d'éloignement
En physique, nous avons déterminé la thèse suivante : plus une galaxie est éloignée de la nôtre, et plus elle va s'éloigner rapidement de nous. C'est d'ailleurs assez logique ! L'explication se trouve dans le fait que l'Univers est en perpétuelle expansion. C'est l'astronome américain Edwin Hubble qui démontre cette thèse, en 1929, en prouvant par le biais de son télescope que les galaxies s'éloignent au fil du temps les unes des autres.
D'autres éléments de l'astronomie, tels que la physique des fluides non newtoniens par exemple, ne manqueront pas de vous émerveiller ! Pour en revenir aux galaxies, il faut également souligner qu'elles s'éloignent à une vitesse proportionnelle à leur distance, toujours selon Hubble, dont on donna le nom à ce phénomène, appelée maintenant "loi de Hubble". Plus une galaxie s'éloigne vite, plus elle est donc éloignée de nous.
À quoi ressemblent les galaxies ?
Outre notre galaxie, la Voie Lactée, il existe en tout deux billions de galaxies (deux millions de millions, 10 puissance 12 !!)… Les galaxies évoluent sans cesse, et disposent d'une structure interne à la fois complexe et ordonnée. Elles ne se ressemblent pas toutes, loin de là ! Elles disposent d'ailleurs de tailles et de formes très variées. À titre d'exemple, notre galaxie, la Voie Lactée, dispose d'un diamètre évalué à environ 105 700 années-lumière, tandis que sa voisine galaxie la plus proche, à savoir la galaxie Andromède, dispose quant à elle d'un diamètre de 220 000 années-lumière !
Leur masse est également parfois drastiquement différente. Leur nombre d'étoiles n'est pas non plus le même ! Pour prendre un second exemple, la Voie Lactée possède selon les dernières estimations entre 250 et 400 milliards d'étoiles, tandis qu'Andromède en compte pas moins d'un billion…
Focus sur la Voie Lactée
Arrêtons-nous un peu sur notre galaxie, à présent ! La Voie Lactée est immensément grande, si grande que l'on ne peut même pas se figurer mentalement sa taille. Elle a une structure en forme de spirale barrée : de loin, elle ressemble à un disque plat. Si nous avons jusqu'ici principalement parlé de sa composition en étoiles, la Voie Lactée, comme toute galaxie d'ailleurs, dispose également d'autres éléments ! Il se trouve en effet des trous noirs, des planètes bien sûr ainsi que des nébuleuses…
Le centre de la Voie Lactée s'appelle le noyau (appelé bulbe galactique), et c'est en son sein que l'on y trouve le fameux trou noir de la Voie Lactée. Ce dernier contient un nombre phénoménal d'étoiles (indéfinissable). Il est tellement lumineux qu'il cache en réalité plus de… 25% de ce que contient la Voie Lactée ! Ce qui est énorme, comme vous devez vous le dire. C'est une région que l'on ne connaît réellement pas et que l'on appelle la "zone obscure" ou encore la "zone d'évitement"... Que de mystères, dans l'Univers !
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