VOYAGEVOYAGE AUX CONFINS DE LAUX CONFINS DE L’’UNIVERSUNIVERS

FFête de la Science 2005ête de la Science 2005

Suzy Suzy Collin-ZahnCollin-ZahnLUTH, Observatoire de LUTH, Observatoire de Paris-MeudonParis-Meudon

DECOUVRONS DDECOUVRONS D’’ABORDABORD

LES DISTANCES DANS LES DISTANCES DANS LL’’UNIVERSUNIVERS

Quand on sort du systeme solaire, les distances sontmesurées en « années-lumière »: c’est la distance

parcourue par la lumière en une année. A raison de 300 000 km/sec:

1 AL = 10 000 milliards de km = 1014 km

Les astronomes mesurent également les distances ense servant du parsec:

1 pc = 3 AL

La plus proche étoile est située à 3 années-lumière,La plus proche étoile est située à 3 années-lumière,soit 10000 fois plus loin que les confins du Système solairesoit 10000 fois plus loin que les confins du Système solaire!

Voici notre Galaxie,la « Voie Lactée »

10 000 années-lumière

Voici leSoleil

La Voie Lactéecontient 200 milliards

d’étoiles

La sœurjumelle de

notre galaxie :Andromède,

se trouveà 2 millions d’années-

lumière

100 000 années-lumière

Les galaxies les plusproches de la nôtre

1 million d’années-lumière

C’est le « Groupe Local »de galaxies

10 millions d’années-lumière

Les galaxies commencent à seconstituer en

« amas de galaxies »

1OO millions d’années-lumière

A cette échelle, on voit apparaitreles « super-amas »

1 milliard d’années-lumière

C’est l’Univers observable tout entier.Il contient au moins un milliard de galaxies

LL’’Univers Univers est fait de grands vides et de filamentsest fait de grands vides et de filaments

formant une sorte de «formant une sorte de « filetfilet cosmique»cosmique»

qui squi s’’est formé après le est formé après le Big-BangBig-Bang..

Pour observer des galaxies très lointaines(à plus de 10 milliards d’années-lumière),

on utilise le télescope spatial de Hubble (HST)

Il nous permet de regarder très loinIl nous permet de regarder très loinon voit alors partout des galaxieson voit alors partout des galaxies

Mais on peut faire mieux maintenant, avec les trèsgrands télescopes au sol : les 4 télescopes (VLT) de

l’ESO, au Chili, seront équivalents à un télescopeayant un miroir de 1000 mètres carrés

Pose de 140h avec letélescope spatial Hubble

Pose de 36h avec deuxtélescopes du VLT : il

apparaît plus de galaxiesqu’avec le HST

»

Et tout cela est « en expansion »

LL’’EXPANSION DE LEXPANSION DE L’’UNIVERSUNIVERS

Hubble a découvert en 1933que toutes les galaxies « fuient ».Elles semblent s’éloigner plus vitelorsqu’elles sont plus loin de nous.

Il l’a fait

1. En mesurant les distances des galaxies

c’est très difficile!

2. En mesurant les vitesses avec lesquelles elless’éloignent de nous

Par exemple, en mesurant l’éclat apparent d’uneétoile faisant partie d’une classe dont on connaît la

puissance réelle, et en se servant de la loi:

Comment mesure-t-on les distances des galaxies?

L’éclat apparent varie commel’inverse du carré de la distance

De deux ampoules de mDe deux ampoules de même puissance, celle qui est située 10ême puissance, celle qui est située 10fois plus loin a un éclat 100 fois plus faible: onfois plus loin a un éclat 100 fois plus faible: on

peut donc déduire sa distance de son éclat.peut donc déduire sa distance de son éclat.

Comment mesure-t-on les vitessesd’éloignement des galaxies?

La lumière est une onde

Longueur d’onde

On connait les longueurs d’onde des raies spectrales(comme la raie « D » émise par une lampe à sodium)

Si une source de lumière sSi une source de lumière s’é’éloigne de nous,loigne de nous, la longueur d la longueur d’’onde des raies spectrales devient plusonde des raies spectrales devient plus grande.grande.

C C’’est le «est le « décalage vers le rougedécalage vers le rouge » », en Anglais,, en Anglais, le «le « redshiftredshift ».».

Source au repos

Source qui s’éloigne

Source qui se rapproche

Le mLe même phénomène est observéême phénomène est observéavec les ondes sonoresavec les ondes sonores

LorsquLorsqu’’une voiture passe devant vous en klaxonnant, une voiture passe devant vous en klaxonnant, le leson qu'elle émet est plus aiguson qu'elle émet est plus aigu lorsqu'elle se rapprochelorsqu'elle se rapproche

(sa longueur d(sa longueur d’’onde est plus petite)onde est plus petite) et devient plus grave et devient plus grave lorsqu'elle s'éloignelorsqu'elle s'éloigne

(sa longueur d(sa longueur d’’onde est plus grande)onde est plus grande)

Pourtant, la voiture n'a pas changé de vitesse.Pourtant, la voiture n'a pas changé de vitesse.Cette variation du son émis s'explique parCette variation du son émis s'explique par

l'effet l'effet Doppler-FizeauDoppler-Fizeau..

Distance enAnnées-lumière

Regardez Regardez comment les comment les raies raies H et K H et K du du Calcium seCalcium sedéplacent dans déplacent dans le spectre de le spectre de ces amas ces amas de galaxiesde galaxies

Vitesse de fuite

Connaissant leurs distances et leurs vitesses, on trouve que les galaxies semblent s’éloigner d’autant plus vite

qu’elles sont plus loin de nous

Vitesse de fuite desgalaxies par rapport

a nous

Cela ne signifie pas que nous sommesau centre de l’Univers,

mais que l’Univers est en expansion

même distributionde galaxies

à deux instants

Quel que soit le point considéré, les galaxiessemblent toujours s’en éloigner plus vite

lorsqu’elles sont plus loin

En fait, ce ne sont pas les galaxies qui fuient,En fait, ce ne sont pas les galaxies qui fuient,

CC’’est lest l’’Univers tout entier qui Univers tout entier qui ss’’expandexpand::

Les longueurs dLes longueurs d’’ondeonde grandissentgrandissent

car les ondescar les ondes lumineuses sont «lumineuses sont « é étiréestirées » »

par lpar l’’expansion de lexpansion de l’’Univers,Univers,

dd’’autant plus quautant plus qu’’elles viennent de plus loinelles viennent de plus loin..

Il y a donc une limite au delà de laquelleIl y a donc une limite au delà de laquellenous ne pourrons jamais voir lnous ne pourrons jamais voir l’’UniversUnivers

(crédit: Ludwig Celnikier)

Cela signifie aussi que l’Univers a commencé sonexpansion à un moment précis il y a environ 14

milliards d’années : c’est le « BIG BANG »

LL’’Univers Univers devientdevientplus grand àplus grand à

mesure que lemesure que letemps passetemps passe

Ces galaxies ont envoyé leur lumière il y a 13 milliards d’années.

Lorsque nous regardons loin dans l’espace,nous regardons aussi loin dans le passé,

juste après le Big Bang

Nous ne saurons jamais si elles existent encore.

L’Univers va-t-il continuer indéfiniment son expansion,ou bien se recontracter?

C’est une grande discussion actuellement !

Taille relativede l’Univers

0

Milliards d’années

On penche pourcette solution

FIN