Univers

On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses immatérielles) et les lois qui le régissent. Si l'on suppose qu'il y a plusieurs parties totalement séparées entre elles ou existant parallèlement, on parle de multivers, chaque partie étant un univers, différencié par son contenu et/ou ses lois.

L'Univers est une notion scientifique qui désigne l'ensemble de la matière distribuée dans le temps et dans l'espace ; son étude fait l'objet de la cosmologie.

 

Découverte de l'Univers dans l'Histoire 

C'est encore au "miracle grec" que l'on doit les premières avancées significatives dans la compréhension du monde :

• Les philosophes Parménide, Platon, et Aristote avaient intégré l'idée d'une terre sphérique, mais ils la voyaient au centre de l'univers physique, alors que l'école de Milet se représentait la Terre plate.
• Ératosthène se livre ensuite, de son côté, à des calculs précis : par exemple, il ne se trompe peut-être que de 650 km dans sa mesure de la circonférence d'un méridien terrestre, soit à peine plus de 1,5 % d'erreur. Toutefois, il a exprimé son résultat en stades, dont la valeur variait d'un endroit à l'autre, et la distance entre les villes d'Alexandrie et de Syène, entre lesquelles il effectua sa mesure n'était connue qu'en journées de chameau, ce qui rend la précision de la mesure presque trop suspecte.
• Aristarque de Samos est le premier, semble-t-il, à comprendre que le système planétaire est héliocentré. Cette découverte ne fait alors pas l'unanimité, pour des raisons philosophiques surtout en cela qu'une telle cosmologie est en désaccord avec la conception géocentrée du monde qui était retenue par de grands philosophes comme Parménide, Platon, et Aristote. Il calcule aussi la distance Terre-Lune dont il trouve une valeur très précise (60 rayons terrestres).
• Hipparque poursuit ce travail : il recalcule la distance Terre-Lune, recense 1 500 étoiles, retrouve approximativement la période de précession des équinoxes, qui était déjà connue des Babyloniens.

Tout ce savoir accumulé est repris et conservé par les Arabes à l'effondrement du monde gréco-romain, alors que le monde chrétien sombre dans l'obscurantisme : Cosmas d'Alexandrie restaure ainsi le monde plat. Il faut attendre les conquêtes musulmanes pour que l'Almageste de Ptolémée soit redécouverte.

La Renaissance va porter à son apogée cette représentation du monde, grâce aux explorations et aux grandes découvertes qui eurent lieu du XIII^e au XVI^e siècles, avec des systèmes géographiques et cosmologiques très élaborés (projection de Mercator).

La révolution dite copernicienne va bouleverser cette cosmologie, en trois étapes :

1. Copernic redécouvre l'héliocentrisme. Toutefois, cette redécouverte n'est que partiellement révolutionnaire : en effet, Copernic reste attaché aux sphères transparentes censées soutenir les planètes et leur imprimer leur mouvement ; il présente son système comme un simple artifice destiné à simplifier les calculs, ce qui lui évite des ennuis avec le clergé.
2. Le dominicain Giordano Bruno défend la réalité du modèle héliocentrique et l'étend à toutes les étoiles, ouvrant la dimension de l'univers physique à l'infini.
3. Kepler, Galilée et Newton posent les bases fondamentales de la mécanique à partir du mouvement des planètes, grâce à leurs études respectivement du mouvement |elliptique des planètes autour du Soleil, l'affinement des observations astronomiques avec la définition du mouvement uniformément accéléré, et la formalisation mathématique de la force de gravité. L'univers, toutefois, reste confiné dans le système solaire.

L'Univers d'après la théorie du Big Bang

L'expansion de l'Univers, son âge et le Big Bang

Les observations du décalage vers le rouge des rayonnements électromagnétiques en provenance d'autres galaxies suggèrent que celles-ci s'éloignent de notre galaxie, à une vitesse radiale d'éloignement supposée proportionnelle à ce décalage.

En étudiant les galaxies proches, Edwin Hubble s'est aperçu qu'en général la vitesse d'éloignement d'une galaxie était proportionnelle à son éloignement, ce qui est connu sous le nom de loi de Hubble ; une telle loi correspond à un univers proche en expansion.

Bien que la constante de Hubble ait été révisée par le passé dans d'importantes proportions (dans un rapport de 10 à 1), la loi de Hubble a été extrapolée aux galaxies éloignées, pour lesquelles la distance ne peut être calculée au moyen de la parallaxe ; cette loi est ainsi utilisée pour déterminer la distance des galaxies les plus lointaines.

En extrapolant l'expansion de l'Univers dans le passé, on arrive à une époque où celui-ci a du être beaucoup plus chaud et beaucoup plus dense qu'aujourd'hui. C'est le modèle du Big Bang qui est un ingrédient essentiel du modèle standard de la cosmologie actuelle et possède aujourd'hui un grand nombre de confirmations expérimentales. La description du début de l'histoire de l'Univers par ce modèle ne commence cependant qu'après qu'il fut sorti d'une période appelée ère de Planck durant laquelle l'échelle d'énergie de l'univers était si grande que le modèle standard n'est pas en mesure de décrire les phénomènes quantiques qui s'y sont déroulés. Durant cette époque, seule une théorie de la gravitation quantique pourrait expliquer le comportement microscopique de la matière sous l'influence importante de la gravité. Mais les physiciens ne disposent pas encore (2006) d'une telle théorie. Pour des raisons de cohérence avec les observations, après l'ère de Planck le modèle du Big Bang privilégie aujourd'hui l'existence d'une phase d'inflation cosmique très brève mais durant laquelle l'univers aurait grandi de façon extrêmement rapide. C'est suite à cette phase que l'essentiel des particules de l'univers auraient été créées avec une haute température, enclenchant un grand nombre de processus importants^[1] qui ont finalement abouti à l'émission d'une grande quantité de lumière, appelé fond diffus cosmologique, qui peut être aujourd'hui observé avec une grande précision par toute une série d'instruments (ballons, sondes spatiales).

C'est l'observation de ce rayonnement fossile micro-onde, remarquablement uniforme dans toutes les directions qui constitue aujourd'hui l'élément capital qui assoit le modèle du Big Bang comme description correcte de l'univers dans son passé lointain. Beaucoup d'éléments du modèle restent encore à être affinés^[2] mais il y a aujourd'hui consensus de la communauté scientifique autour du modèle du Big Bang.

Dans le cadre du modèle ΛCDM, qui est le plus simple incorporant tous les éléments que l'on vient d'évoquer, les contraintes issues des observations de la sonde WMAP^[3] sur les paramètres cosmologiques indiquent une valeur la plus probable pour l'âge de l'univers à environ 13,7 milliards d'années^[4] avec une incertitude de 0,2 milliard d'années, ce qui est en accord avec les données indépendantes issues de l'observation des amas globulaires^[5] ainsi que celle des naines blanches^[6].

Taille de l'Univers et Univers observable

À ce jour, rien ne nous permet de confirmer que l'univers est soit fini, soit infini. Certains théoriciens penchent pour un univers infini, d'autres pour un univers fini mais non borné.

L'univers observable se composant de tous les endroits qui pourraient nous avoir affectés depuis le Big Bang, en tenant compte que la vitesse de la lumière est finie. L'horizon cosmique se trouve à une distance de 13 à 14 milliards d'années-lumière.

La taille actuelle (la distance comobile) de l'univers observable est plus grande, puisque l'univers a continué de s'étendre pendant le temps que la lumière met à nous parvenir ; on estime qu'elle est d'environ 50 milliards d'années-lumière (4,73×10²⁶m). L'univers observable contient environ 7×10²² étoiles, répandues dans environ 10¹¹ galaxies, elles-mêmes organisées en amas et super-amas de galaxies. Le nombre de galaxies pourrait être encore plus grand, selon le champ profond de Hubble observé avec le télescope spatial Hubble.

On notera que les articles populaires et professionnels de recherche en cosmologie emploient souvent le terme univers dans le sens d'univers observable.

Nous vivons au centre de l'univers observable, en contradiction apparente avec le principe de Copernic qui dit que l'univers est plus ou moins uniforme et ne possède aucun centre en particulier. C'est simplement parce que la lumière ne se déplace pas à une vitesse infinie et que les observations que nous faisons proviennent donc du passé. En effet, en regardant de plus en plus loin, nous voyons des choses qui se sont passées à une époque de plus en plus proche du Big Bang. Et puisque la lumière se déplace à la même vitesse dans toutes les directions, tous les observateurs vivent au centre de leur univers observable (sur Terre, nous avons pratiquement tous le même).

D'un point de vue philosophique, la question de la finitude ou de la non-finitude de l'Univers a toujours préoccupé les hommes.

L'Univers contenant par définition tout ce qui existe, y compris l'espace-temps (et c'est une précision essentielle), ne peut avoir de « bord » tel que nous concevons intuitivement cette notion. En effet, l'existence d'un bord impliquerait qu'au-delà de ce bord, on ne serait plus dans l'Univers, ce qui est par définition absurde. Mais si l'Univers n'a pas de bord au sens intuitif de ce terme, alors son expansion n'est pas intuitive non plus : si elle l'était, dans quoi l'Univers serait-il en expansion?

On voit que ce problème échappe à nos raisonnements, qui se basent toujours sur l'hypothèse fausse que l'Univers est galiléen. En définitive, les concepts de fini et d'infini ne peuvent pas être appliqués à l'Univers. La seule donnée qui semble intuitive et évidente, c'est que l'Univers a toujours eu, et aura toujours, une taille « suffisante » pour toutes ses activités.

Forme de l'Univers

Une importante question de cosmologie qui reste sans réponse est la topologie de l'Univers.

1. Est-ce que l'univers est « plat » ? C'est-à-dire : est-ce que le théorème de Pythagore pour les triangles droits est valide à de plus grandes échelles ? Actuellement, la plupart des cosmologues croient que l'univers observable est (presque) plat, juste comme la Terre est (presque) plate.
2. Est-ce que l'univers est simplement connexe ? Selon le modèle standard du Big Bang, l'univers n'a aucune frontière spatiale, mais peut néanmoins être de taille finie.

Ceci peut être compris par une analogie bidimensionnelle : la surface de la terre n'a aucun bord, mais possède une aire bien déterminée. Vous pouvez également penser à un cylindre et imaginer de coller les deux extrémités du cylindre ensemble, mais sans plier le cylindre. C'est aussi un espace bidimensionnel avec une surface finie, mais au contraire de la surface de la Terre, il est plat, et peut ainsi servir de meilleur modèle.

Par conséquent, à proprement parler, nous devrions appeler les étoiles et les galaxies mentionnées ci-dessus « images » d'étoiles et de galaxies, puisqu'il est possible que l'univers soit fini et si petit que nous pouvons voir une ou plusieurs fois autour de lui, et le vrai nombre d'étoiles et de galaxies physiquement distinctes pourrait être plus petit. Des hypothèses d'univers multiconnexe ont été proposées et sont en cours d'étude.

Avenir de l'Univers

Selon sa densité moyenne de matière et d'énergie, l'univers continuera à s'étendre indéfiniment ou il sera gravitationnellement ralenti et s'effondrera sur lui-même dans un « Big-Rip » ou « Big Crunch ». Actuellement, l'état de nos connaissances suggère non seulement qu'il y a insuffisamment de masse et d'énergie pour provoquer cet effondrement, mais que l'expansion de l'univers semble s'accélérer et continuera donc pour toujours.

D'après une théorie de Stephen Hawking (dans son livre Une brève histoire du temps), si l'univers continue indéfiniment à s'étendre, les particules issues d'explosions successives ne seront plus assez proches les unes des autres pour recréer des étoiles après leur explosion. Toute activité dans l'univers s'éteindra ainsi à jamais.

 

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New Planet discovered 

This artistic illustration released by the European Southern Observatory on Tuesday, April 24, 2007.

WASHINGTON - For the first time astronomers have discovered a planet outside our solar system that is potentially habitable, with Earth-like temperatures, a find researchers described Tuesday as a big step in the search for "life in the universe."

The planet is just the right size, might have water in liquid form, and in galactic terms is relatively nearby at 120 trillion miles away. But the star it closely orbits, known as a "red dwarf," is much smaller, dimmer and cooler than our sun. Suite...

There's still a lot that is unknown about the new planet, which could be deemed inhospitable to life once more is known about it. And it's worth noting that scientists' requirements for habitability count Mars in that category: a size relatively similar to Earth's with temperatures that would permit liquid water. However, this is the first outside our solar system that meets those standards.

"It's a significant step on the way to finding possible life in the universe," said University of Geneva astronomer Michel Mayor, one of 11 European scientists on the team that found the planet. "It's a nice discovery. We still have a lot of questions."

The results of the discovery have not been published but have been submitted to the journal Astronomy and Astrophysics.

Alan Boss, who works at the Carnegie Institution of Washington where a U.S. team of astronomers competed in the hunt for an Earth-like planet, called it "a major milestone in this business."

The planet was discovered by the European Southern Observatory's telescope in La Silla, Chile, which has a special instrument that splits light to find wobbles in different wave lengths. Those wobbles can reveal the existence of other worlds.

What they revealed is a planet circling the red dwarf star, Gliese 581. Red dwarfs are low-energy, tiny stars that give off dim red light and last longer than stars like our sun. Until a few years ago, astronomers didn't consider these stars as possible hosts of planets that might sustain life.

The discovery of the new planet, named 581 c, is sure to fuel studies of planets circling similar dim stars. About 80 percent of the stars near Earth are red dwarfs.

The new planet is about five times heavier than Earth. Its discoverers aren't certain if it is rocky like Earth or if its a frozen ice ball with liquid water on the surface. If it is rocky like Earth, which is what the prevailing theory proposes, it has a diameter about 1 1/2 times bigger than our planet. If it is an iceball, as Mayor suggests, it would be even bigger.

Based on theory, 581 c should have an atmosphere, but what's in that atmosphere is still a mystery and if it's too thick that could make the planet's surface temperature too hot, Mayor said.

However, the research team believes the average temperature to be somewhere between 32 and 104 degrees and that set off celebrations among astronomers.

Until now, all 220 planets astronomers have found outside our solar system have had the "Goldilocks problem." They've been too hot, too cold or just plain too big and gaseous, like uninhabitable Jupiter.

The new planet seems just right — or at least that's what scientists think.

"This could be very important," said

NASA astrobiology expert Chris McKay, who was not part of the discovery team. "It doesn't mean there is life, but it means it's an Earth-like planet in terms of potential habitability."

Eventually astronomers will rack up discoveries of dozens, maybe even hundreds of planets considered habitable, the astronomers said. But this one — simply called "c" by its discoverers when they talk among themselves — will go down in cosmic history as No. 1.

Besides having the right temperature, the new planet is probably full of liquid water, hypothesizes Stephane Udry, the discovery team's lead author and another Geneva astronomer. But that is based on theory about how planets form, not on any evidence, he said.

"Liquid water is critical to life as we know it," co-author Xavier Delfosse of Grenoble University in France, said in a statement. "Because of its temperature and relative proximity, this planet will most probably be a very important target of the future space missions dedicated to the search for extraterrestrial life. On the treasure map of the Universe, one would be tempted to mark this planet with an X."

Other astronomers cautioned it's too early to tell whether there is water.

"You need more work to say it's got water or it doesn't have water," said retired NASA astronomer Steve Maran, press officer for the American Astronomical Society. "You wouldn't send a crew there assuming that when you get there, they'll have enough water to get back."

The new planet's star system is a mere 20.5 light years away, making Gliese 581 one of the 100 closest stars to Earth. It's so dim, you can't see it without a telescope, but it's somewhere in the constellation Libra, which is low in the southeastern sky during the midevening in the Northern Hemisphere.

"I expect there will be planets like Earth, but whether they have life is another question," said renowned astrophysicist Stephen Hawking in an interview with The Associated Press in Orlando. "We haven't been visited by little green men yet."

Before you book your extrastellar flight to 581 c, a few caveats about how alien that world probably is: Anyone sitting on the planet would get heavier quickly, and birthdays would add up fast since it orbits its star every 13 days.

Gravity is 1.6 times as strong as Earth's so a 150-pound person would feel like 240 pounds.

But oh, the view. The planet is 14 times closer to the star it orbits. Udry figures the red dwarf star would hang in the sky at a size 20 times larger than our moon. And it's likely, but still not known, that the planet doesn't rotate, so one side would always be sunlit and the other dark.

Distance is another problem. "We don't know how to get to those places in a human lifetime," Maran said.

Two teams of astronomers, one in Europe and one in the United States, have been racing to be the first to find a planet like 581 c outside the solar system.

The European team looked at 100 different stars using a tool called HARPS (High Accuracy Radial Velocity for Planetary Searcher) to find this one planet, said Xavier Bonfils of the Lisbon Observatory, one of the co-discoverers.

Much of the effort to find Earth-like planets has focused on stars like our sun with the challenge being to find a planet the right distance from the star it orbits. About 90 percent of the time, the European telescope focused its search more on sun-like stars, Udry said.

A few weeks before the European

discovery earlier this month, a scientific paper in the journal Astrobiology theorized a few days that red dwarf stars were good candidates.

"Now we have the possibility to find many more," Bonfils said.

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A haul of 28 new planets beyond our solar system has been detected by the world's most prolific planet hunters.

The finds were among 37 objects seen orbiting distant stars by a US and Anglo-Australian team in the last year.

Other objects reported by the group, at an American Astronomical Society meeting in Honolulu, included five failed stars, known as brown dwarfs.

The finds increase the total number of known exoplanets to 236, more than half of which were discovered by the team.

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Published: 2007/05/29 11:43:50 GMT

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