Au-Delà de l'Imaginable _ Les Découvertes les Plus Folles de l'Univers Observabl
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00:00:00 L'univers est-il infini ? C'est une question que se posent tous les cosmologistes, et que tu t'es déjà aussi certainement posé.
00:00:14 A première vue, on aurait tendance à répondre que oui, l'univers est infini. Mais est-ce vraiment le cas ?
00:00:23 Cher voyageur, bien le bonjour. Aujourd'hui, nous partons explorer l'univers à la découverte des mondes lointains du cosmos.
00:00:33 Mais avant de partir pour une nouvelle aventure, pense à liker la vidéo et à t'abonner pour ne rien manquer. Merci et bon voyage !
00:00:43 [Musique]
00:00:59 L'univers étant fini, la réponse va peut-être te surprendre. La réalité, c'est qu'on ne le saura probablement jamais.
00:01:10 Théoriquement, il est impossible de trancher cette question. Alors même que la théorie de la relativité générale nous permet de décrire l'évolution de l'univers entier depuis sa naissance,
00:01:23 elle ne nous dit rien sur ses propriétés géométriques. Tout ce que nous apprend cette théorie relativiste de la gravitation développée par Einstein,
00:01:34 c'est que la courbure de l'univers serait nulle. Concrètement, qu'est-ce que cela signifie ?
00:01:42 Prenons trois points dans l'espace-temps. Maintenant, relions ces trois points entre eux.
00:01:49 Sans courbure, on n'obtient non pas une pyramide, mais un triangle, c'est-à-dire un objet plat.
00:01:58 Un univers plat, sans courbure, est donc infini. Cela ne convainc pas tous les cosmologistes.
00:02:07 Pour mieux comprendre, nous devons examiner les trois courbures type potentielles de l'univers et leur signification en termes de masse et d'expansion.
00:02:18 L'univers pourrait être fermé, courbure spatiale positive, ouvert, courbure spatiale négative, ou plat, courbure spatiale nulle.
00:02:31 Dans un univers dit « ouvert », il est sans limite et continuera de s'étendre indéfiniment.
00:02:39 Sa masse totale n'est pas assez grande pour stopper cette expansion. Pour un univers plat, bien qu'il soit également sans limite et destiné à s'étendre éternellement,
00:02:51 sa masse est tout de même suffisante pour ralentir cette expansion jusqu'à ce qu'elle atteigne presque zéro, mais cela prendrait une durée infinie.
00:03:03 En revanche, dans un univers fermé, la masse est amplement suffisante pour freiner et finalement stopper l'expansion.
00:03:13 Cet univers, bien que fini, n'a pas de bord, car il est comparable à une sphère.
00:03:20 Quand son expansion cessera, il commencera à se contracter. Ainsi, les galaxies se rapprocheront, menant l'univers à un effondrement sur lui-même.
00:03:35 En 2019, la théorie de l'univers plat a été quelque peu ébranlée par l'étude de données recueillies par le télescope spatial Planck de l'ESA.
00:03:46 Ces informations, en désaccord avec les données précédemment recueillies pour établir le modèle cosmologique, suggèrent que l'univers pourrait être fini et de forme sphérique, avec une courbure positive de 4%.
00:04:03 D'où vient cette hypothèse de l'univers de forme sphérique ? Elle est basée sur une photo du fond diffus cosmologique, un rayonnement lumineux qui a été engendré par le Big Bang 380 000 ans après celui-ci.
00:04:21 Cette image a été réalisée par le télescope Planck entre 2009 et 2013. On peut voir de nombreuses lentilles gravitationnelles, un phénomène optique qui est créé par les grandes densités de masse.
00:04:38 Ces grandes densités tordent la trame de l'espace-temps, ce qui déforme le chemin de la lumière. Plus on observe de déviations, plus cela est un indice de la densité de matière dans l'univers.
00:04:53 Et c'est là que la théorie de la relativité entre en jeu. Elle indique qu'au-delà de 5,6 atomes par mètre cube, l'espace se tord en forme de sphère.
00:05:07 Or, par le biais du cliché du télescope Planck, les cosmologistes à l'origine de cette découverte ont calculé une densité de 6 atomes d'hydrogène par mètre cube.
00:05:20 Pour autant, les spécialistes de l'univers ne sont pas tous emballés par cette découverte.
00:05:26 La plupart des cosmologistes rappellent que les mesures d'autres télescopes n'indiquent pas de courbure et qu'il faudrait d'autres mesures pour trancher.
00:05:37 Mais l'univers observable, lui, est fini. L'univers observable est une fraction de l'univers dans son ensemble, la fraction qui est visible.
00:05:49 L'univers observable est fini, car il a un âge fini. L'âge de l'univers est tout simplement la durée écoulée depuis le Big Bang.
00:05:59 Il se pourrait que l'univers ait existé avant le Big Bang, mais les modèles cosmologiques actuels ne permettent pas de décrire le comportement de la matière à une température aussi haute et dans une gravité aussi intense qu'au moment du Big Bang.
00:06:18 L'âge de l'univers a été établi en 2020 à 13,77 milliards d'années, avec une marge d'erreur de plus ou moins 0,040 milliards d'années.
00:06:33 Si l'univers a un âge fini et que la lumière se propage dans le vide à une vitesse finie, alors l'univers observable est fini.
00:06:44 Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en une année.
00:06:50 Ainsi, la taille de l'univers observable est une sphère de 13,77 milliards d'années-lumière, délimitée par l'horizon cosmologique centré sur la position de l'observateur, qui est pour nous la Terre.
00:07:11 Mais cela ne représente qu'une petite portion de l'univers tout entier.
00:07:16 Pour savoir si l'univers est infini ou non, il faut connaître sa courbure.
00:07:22 Comme tu l'as compris, on ne peut pas vraiment affirmer avec certitude que l'univers est infini.
00:07:29 Mais nous pouvons tout de même aller réexplorer l'univers observable, cette fraction de l'univers qui est visible.
00:07:38 Ensemble, nous allons découvrir ce qu'est l'univers observable, comment il a été découvert et théorisé, quelles sont ses dimensions et quels objets il contient.
00:07:50 Accroche ta ceinture. Le voyage commence maintenant.
00:08:00 L'univers observable, c'est le nom que l'on donne à la partie visible de notre univers en cosmologie.
00:08:07 Comme nous l'avons vu, l'univers observable est fini.
00:08:11 Sa limite est appelée l'horizon cosmologique ou horizon cosmique.
00:08:17 Cet horizon est la limite de l'univers observable depuis un point donné, généralement la Terre.
00:08:24 Il peut correspondre à la limite d'où un rayonnement électromagnétique peut être issu,
00:08:30 ou encore la limite d'où un signal de n'importe quel type, par exemple des ondes gravitationnelles ou des neutrinos, peut être reçu.
00:08:41 On peut aussi définir l'horizon cosmologique par la limite entre la partie visible de l'univers,
00:08:49 composée d'objets dont la lumière aura voyagé pendant moins de 13,7 milliards d'années,
00:08:56 et la partie invisible de l'univers, dont les galaxies sont trop lointaines pour que leur lumière ait eu le temps de parvenir jusqu'à nous.
00:09:06 Cependant dire que l'horizon cosmologique se situe à 13,7 milliards d'années-lumière de nous est simplifié,
00:09:15 car cela ne prend pas en compte l'expansion de l'univers.
00:09:20 Si l'on rajoute l'expansion de l'univers dans la balance, on peut affirmer que les photons émis par l'horizon cosmologique
00:09:29 sont situés à plus de 13,7 milliards d'années-lumière de nous aujourd'hui,
00:09:35 car la vitesse de l'expansion de l'univers est plus rapide que la vitesse de la lumière.
00:09:42 En réalité, les signaux les plus lointains qui parviennent à un observateur sur Terre proviennent du fond diffus cosmologique,
00:09:51 un rayonnement qui remplit tout l'univers, mais dont la région d'émission est située à la limite de l'univers observable.
00:10:00 Cette région est appelée surface de dernière diffusion.
00:10:05 Les modèles cosmologiques utilisés estiment que la surface de dernière diffusion est située aujourd'hui à 46,5 milliards d'années-lumière de nous,
00:10:15 à cause de l'expansion de l'univers.
00:10:20 L'univers observable peut être décrit comme une sphère dont le centre est la Terre.
00:10:30 Il ne s'agit pas de géocentrisme, ce modèle physique ancien selon lequel la Terre était immobile au centre de l'univers.
00:10:39 Notre planète est au centre de ce que l'on appelle univers observable tout simplement parce que les observateurs sont situés sur Terre.
00:10:49 Il s'agit d'une notion relative.
00:10:52 Des observateurs qui seraient situés ailleurs dans l'univers n'auraient pas le même univers observable,
00:10:59 et le rayon de cette sphère serait le même.
00:11:03 L'univers observable se définit par ce qui est observable et mesurable.
00:11:09 Or, plus on avance dans le temps, plus on peut observer d'objets éloignés, car leur lumière nous parvient enfin.
00:11:19 L'univers observable s'agrandit donc au cours du temps.
00:11:24 Le rayon visible est une seconde lumière plus grand à chaque seconde qui passe, ou une année lumière plus grand chaque année.
00:11:33 On peut aussi le formuler de cette façon. La lumière voyage à une vitesse de 300 000 km/s.
00:11:41 Avec chaque seconde qui passe, on découvre alors une nouvelle profondeur d'espace de 300 000 km.
00:11:49 En une année, on peut découvrir ainsi plusieurs nouvelles galaxies.
00:11:55 Les objets qui sont situés à la limite de l'univers observable sont observés dans leur état primitif,
00:12:05 car ce sont ceux dont la lumière a mis le plus de temps à nous parvenir, soit des milliards d'années-lumière.
00:12:13 Et plus les objets sont éloignés, plus ils sont perçus avec un décalage vers le rouge élevé, du fait de l'expansion de l'univers.
00:12:23 Le principe cosmologique d'homogénéité et d'isotropie est important pour mieux comprendre l'univers observable.
00:12:36 Ce principe est l'un des quatre principes cosmologiques, qui sont en fait des hypothèses simplificatrices indispensables
00:12:44 pour appréhender la cosmologie sans devoir connaître les vitesses et les positions de toutes les particules dans l'espace,
00:12:52 ce qui serait impossible.
00:12:55 Le principe cosmologique d'homogénéité et d'isotropie est aujourd'hui considéré comme vérifié.
00:13:02 Il énonce d'abord que l'univers est spatialement homogène.
00:13:07 Autrement dit, son apparence générale ne dépend pas de la position de l'observateur.
00:13:13 Ce postulat s'inscrit dans la continuité du principe de Copernic,
00:13:18 énoncé par opposition au géocentrisme, selon lequel il n'y a pas de point de vue privilégié dans l'univers.
00:13:27 Le principe cosmologique d'homogénéité et d'isotropie suppose également que l'univers observable est isotrope,
00:13:36 c'est-à-dire que son aspect ne dépend pas de la direction dans laquelle on l'observe.
00:13:42 Par exemple, le taux d'expansion de l'univers, c'est-à-dire la vitesse de récession apparente des galaxies situées à une distance donnée,
00:13:52 est le même quelle que soit la direction dans laquelle on l'observe.
00:13:58 L'univers observable est ainsi comme une boule dont l'observateur est le centre,
00:14:04 et le rayon, la distance parcourue par un signal lumineux pendant le temps d'existence de l'univers à cet instant.
00:14:16 Même si on parle d'univers observable, tu dois quand même savoir que certaines régions de l'univers observable ne sont pas visibles.
00:14:25 Par exemple, on ne peut pas observer les régions qui sont situées derrière les trous noirs, qu'il s'agisse de trous noirs stellaires ou supermassifs.
00:14:37 Rappelons brièvement la différence entre les deux. Les trous noirs stellaires résultent de l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives,
00:14:46 tandis que les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies font encore l'objet de recherches actives concernant leur formation.
00:14:57 Mais ce n'est pas parce que l'on ne peut pas observer ces parties de l'univers qu'elles n'existent pas.
00:15:03 Les modèles théoriques actuels nous permettent d'appréhender l'univers dans son ensemble, même si on ne peut en voir qu'une fraction.
00:15:16 Il est certain que l'observation de l'univers observable présente quelques défis.
00:15:22 Il est déjà difficile d'imaginer que même si l'univers observable paraît fini,
00:15:27 il est en réalité situé dans un ensemble bien plus vaste et même potentiellement infini.
00:15:34 Il peut aussi être difficile de concevoir que même si on peut observer et mesurer l'univers, on ne le verra jamais tel qu'il est au moment où on l'observe.
00:15:46 La notion de temps de regard vers le passé, ou look-back time en anglais, est importante pour comprendre cela.
00:15:54 Le temps de regard vers le passé est une estimation du moment depuis lequel a été émise la lumière d'un objet astronomique lointain.
00:16:05 Cette estimation est calculée en fonction du décalage vers le rouge de cet objet.
00:16:12 On va estimer l'âge de l'objet de temps cosmique, puis convertir en années-lumière,
00:16:17 pour connaître la distance parcourue par la lumière entre cet objet et la Terre.
00:16:23 Prenons l'exemple de la galaxie primordiale HUDF-JD2.
00:16:29 Une galaxie primordiale est une galaxie qui s'est formée directement à partir de matières ordinaires et de matières noires dans l'univers primitif,
00:16:38 c'est-à-dire seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang.
00:16:45 Les galaxies primordiales s'opposent aux galaxies qui se sont formées plus tardivement, ou qui se sont formées par la fusion de deux galaxies antérieures.
00:16:56 HUDF-JD2 est l'une des quelques dix mille galaxies du champ ultra-profond de Hubble, réalisée par le télescope spatial du même nom, en 2004.
00:17:09 Elle est notable pour sa masse de 600 milliards de masses solaires.
00:17:14 Sa découverte a étonné les astronomes, car à cette époque, on ne connaissait aucun autre objet aussi massif qui s'était formé aussi tôt dans l'histoire de l'univers.
00:17:28 Les objets lointains comme HUDF-JD2 n'apparaissent pas comme ils sont au moment où on les observe, mais comme ils étaient au moment de l'émission de leur lumière.
00:17:40 Lorsque l'on observe HUDF-JD2, on observe donc la galaxie telle qu'elle était il y a plusieurs milliards d'années.
00:17:49 D'ailleurs, plus les objets sont lointains, plus on les observe à un temps cosmique jeune.
00:17:57 L'appréciation de l'âge des objets observés dans l'univers est très complexe.
00:18:03 Pour simplifier, il faut d'abord observer le décalage des rays spectrales du spectre électromagnétique de l'objet observé, qui permet de mesurer le décalage vers le rouge.
00:18:17 Ensuite, il faut le convertir en temps cosmique, ce qui dépend du modèle cosmologique employé.
00:18:26 Le modèle cosmologique peut être le principe cosmologique, le modèle de son expansion, ou encore un modèle basé sur des paramètres comme la constante de Hubble, qui sont souvent imprécis.
00:18:40 Plus le décalage vers le rouge est grand, plus l'objet observé est éloigné.
00:18:51 Il faut également différencier la distance à la réception de la lumière et la distance à l'émission.
00:18:58 La distance à la réception est la distance à laquelle l'objet nous apparaît lorsque l'on reçoit le signal.
00:19:05 Elle est plus grande que la vitesse de la lumière, du fait de l'expansion de l'univers.
00:19:11 La distance à l'émission est la distance à laquelle ils étaient au moment de l'émission de leur lumière.
00:19:19 Cette distance est donc plus proche de nous.
00:19:23 Un autre défi de l'observation de l'univers est le fait que les objets sont de moins en moins visibles à mesure de leur éloignement.
00:19:35 Plus les objets sont lointains, moins la lumière reçue est visible et énergétique.
00:19:41 C'est l'une des raisons de la finitude de l'univers observable.
00:19:46 À une certaine distance, les objets ne peuvent plus être observés et ne font donc plus partie de l'univers visible.
00:19:54 En raison de l'expansion de l'univers, les distances des différents objets qui composent l'univers observable sont en perpétuel mouvement.
00:20:06 Les frontières de cette sphère qui est l'univers visible sont donc assez floues et mouvantes.
00:20:13 Chaque année, des galaxies de l'univers observable disparaissent dans l'inobservable.
00:20:19 Mais en même temps, de nouvelles galaxies deviennent aussi visibles chaque année,
00:20:25 car leur lumière nous parvient enfin, à mesure que l'on s'éloigne de la date du Big Bang.
00:20:31 Les observations donnent l'impression que les différents objets cosmiques,
00:20:39 par exemple les supernovas, les étoiles ou les galaxies, s'éloignent de plus en plus vite les unes des autres.
00:20:47 Cela ne s'explique pas comme tu pourrais le penser par l'augmentation de la vitesse de leur déplacement,
00:20:53 mais par l'augmentation accélérée de la production d'espace entre chaque galaxie.
00:21:00 L'expansion de l'univers est décrite par la constante de Hubble.
00:21:05 Elle ne fait pas référence à une duplication littérale de l'espace, mais à son expansion continue.
00:21:12 La constante de Hubble, d'une valeur approximative de 70 km/s MPC,
00:21:19 signifie qu'en moyenne, pour chaque mégaparsec de distance séparant deux points dans l'univers,
00:21:26 ces points s'éloignent l'un de l'autre, à une vitesse d'environ 70 km/s.
00:21:34 Ainsi, cette constante décrit la relation entre la vitesse d'éloignement de deux points dans l'univers
00:21:42 et la distance qui les sépare, et non pas l'ajout d'un nouvel espace.
00:21:48 Tout cela est déjà bien complexe.
00:21:51 Et pourtant, il y a encore d'autres paramètres à prendre en compte
00:21:55 pour comprendre comment fonctionne l'univers observable.
00:22:00 [Musique]
00:22:06 Comme nous l'avons vu au début de ce voyage, l'univers est âgé de 13,77 milliards d'années.
00:22:12 Disons 14 milliards d'années, pour arrondir.
00:22:16 Il serait tentant de dire que la taille de l'univers observable est de 14 milliards d'années-lumière.
00:22:23 En effet, puisqu'il s'agit de l'âge de l'univers,
00:22:27 la lumière émise par un objet de l'univers observable ne peut pas avoir voyagé plus de 14 milliards d'années.
00:22:35 Les objets les plus lointains que nous pouvons observer
00:22:39 devraient donc être situés à 14 milliards d'années-lumière de nous.
00:22:43 Mais ce n'est pas si simple.
00:22:47 En raison du phénomène d'expansion de l'univers,
00:22:51 le lieu d'origine des particules de lumière émises par ces objets lointains s'est éloigné de nous depuis leur émission.
00:22:59 Ce que l'on cherche, c'est donc la distance géométrique
00:23:02 à laquelle se situent ces objets lointains dont nous recevons la lumière 14 milliards d'années-lumière plus tard.
00:23:10 Pour cela, il faut d'abord adopter un modèle cosmologique.
00:23:15 Puis, à partir de la vitesse d'expansion de l'espace,
00:23:18 il faut en déduire la distance dont se seront éloignés ces objets depuis l'émission des photons.
00:23:26 En se basant sur le modèle cosmologique actuel,
00:23:29 les cosmologistes estiment que le rayon de l'univers observable est d'environ 46,5 milliards d'années-lumière aujourd'hui.
00:23:39 L'univers observable serait donc une sphère centrée sur la Terre,
00:23:44 avec un rayon de 46,5 milliards d'années-lumière, soit 450 000 milliards de milliards de kilomètres.
00:23:55 Le diamètre de l'univers observable serait donc estimé à 93 milliards d'années-lumière.
00:24:04 Il est aussi intéressant de souligner que nous ne pouvons théoriquement observer les objets
00:24:09 que jusqu'à la distance du fond diffus cosmologique, soit environ 380 000 ans après le Big Bang,
00:24:17 lorsque l'univers s'était assez refroidi pour permettre aux électrons de se joindre aux noyaux atomiques.
00:24:28 Ce phénomène a permis de libérer les photons, donc la lumière,
00:24:33 jusqu'alors prisonnier d'un brouillard de matière et de stopper l'effet Compton.
00:24:38 Ainsi, les photons ont pu survivre assez longtemps pour atteindre la Terre
00:24:43 et être observés par nos instruments.
00:24:46 L'effet Compton, aussi appelé diffusion Compton, est un phénomène qui a été découvert en 1923
00:24:53 par le prix Nobel de physique Arthur Compton.
00:24:57 Ce phénomène résulte de la collision entre la particule photon et l'électron.
00:25:03 Il montre que le photon est une véritable particule caractérisée par une énergie et une quantité de mouvements.
00:25:12 Cette découverte a changé beaucoup de choses, car elle a montré que la lumière
00:25:17 pouvait se comporter comme un faisceau de particules,
00:25:21 alors qu'elle était jusque-là uniquement décrite comme une onde.
00:25:26 Revenons à cette période de 380 000 ans après le Big Bang.
00:25:32 Il serait théoriquement possible d'extraire des informations des 380 000 ans qui se sont écoulées après le Big Bang
00:25:40 et avant que l'univers soit assez refroidi pour que ces photons puissent nous parvenir.
00:25:47 Pour cela, il faudrait détecter des ondes gravitationnelles ou des neutrinos fossiles,
00:25:53 ce qui pour le moment n'a jamais été découvert.
00:25:57 Ce que tu dois retenir, c'est qu'il ne faut pas confondre la taille de l'univers observable,
00:26:02 qui est limitée par l'horizon cosmologique et sa taille géométrique.
00:26:08 Cette différence est importante, car elle permet de comprendre des choses qui peuvent, à première vue,
00:26:14 sembler paradoxales, comme le fait que l'on puisse observer une galaxie située à 16 milliards d'années-lumière de nous,
00:26:22 alors que le Big Bang n'a eu lieu qu'il y a 13,7 milliards d'années.
00:26:28 Dans cet exemple, 16 milliards d'années-lumière correspondent à la distance géométrique de la galaxie en question,
00:26:36 compte tenu de l'expansion de l'univers, mais au moment où la lumière qui nous parvient aujourd'hui a été diffusée.
00:26:42 Elle pouvait être située à 10 milliards d'années-lumière de nous seulement, par exemple.
00:26:49 Nous savons quelle est la taille de l'univers observable, mais qu'en est-il de sa masse ?
00:26:55 Avec différentes méthodes, les scientifiques ont pu estimer la quantité de matière présente dans la partie observable de notre univers.
00:27:04 Elle serait de l'ordre de 10 puissance 80 atomes.
00:27:09 Le plus souvent, on aborde la question de la masse de l'univers,
00:27:14 en termes de densité et d'énergie, plutôt que de masse.
00:27:19 En effet, l'univers est avant tout constitué de matière et d'énergie.
00:27:25 Nous avons évoqué plusieurs fois depuis le début de notre voyage l'âge de l'univers observable,
00:27:36 qui a été estimé à environ 13,77 milliards d'années.
00:27:41 C'est un âge fini, qui représente la durée qui s'est écoulée depuis le Big Bang, ou l'apparition de l'espace-temps.
00:27:50 Déterminer l'âge de l'univers est un défi sur lequel travaillent depuis longtemps les astronomes.
00:27:56 Ce n'est que récemment que des chercheurs de l'université Cornwell, aux États-Unis,
00:28:01 ont estimé cet âge à 13,77 milliards d'années, avec une marge d'erreur de 40 millions d'années.
00:28:09 Pour parvenir à cette estimation, les chercheurs se sont appuyés sur des données de fonds diffus cosmologiques,
00:28:16 qui ont été recueillies par le télescope cosmologique d'Atacama, au Chili, entre 2013 et 2016.
00:28:24 Ils ont également confirmé leur estimation avec les données et mesures réalisées par l'Observatoire spatial Planck de l'ESA entre 2009 et 2013.
00:28:35 Cet âge estimé par les chercheurs de l'université Cornwell est des centaines de millions d'années moins jeunes
00:28:42 que celui qui avait été estimé en 2019.
00:28:47 Cet âge a plusieurs implications.
00:28:49 Tout d'abord, la lumière émise par un objet cosmique ne peut pas avoir voyagé plus de 13,8 milliards d'années.
00:28:57 La lumière émise par les objets les plus éloignés que nous pouvons détecter à la limite de l'univers observable
00:29:04 a donc mis 13,8 milliards d'années à nous parvenir.
00:29:09 13,8 milliards d'années, c'est ce que l'on appelle la distance commobile entre nous et le point le plus éloigné de l'univers observable.
00:29:19 Mais ce n'est pas la distance géométrique entre ces deux points, comme nous l'avons vu tout à l'heure.
00:29:25 La distance géométrique diffère en raison de l'expansion de l'espace.
00:29:31 Et elle est de 46,5 milliards d'années-lumière.
00:29:36 Tu connais maintenant l'âge de l'univers observable, sa taille et sa masse.
00:29:46 Et tu as compris toute la difficulté et la complexité d'étudier un espace ample,
00:29:52 un espace où l'on peut voir les plus éloignés de l'univers observable.
00:29:57 La difficulté est la complexité d'étudier un espace en perpétuel mouvement,
00:30:03 avec des frontières floues qui se redéfinissent à chaque seconde.
00:30:08 Tu es prêt pour commencer notre voyage au cœur de l'univers observable,
00:30:13 à la découverte des objets cosmiques qu'il contient.
00:30:18 Commençons par étudier la manière dont est organisé l'univers observable.
00:30:23 L'artiste argentin Pablo Carlos Budasi a réalisé une magnifique carte détaillée de l'univers observable,
00:30:30 en forme de sphère.
00:30:32 On peut en voir les différentes couves.
00:30:35 Cette image impressionnante a été réalisée grâce à une échelle logarithmique.
00:30:42 L'artiste a en effet travaillé à partir des données astronomiques
00:30:46 obtenues par une équipe de l'université de Princeton, aux Etats-Unis.
00:30:52 Le résultat est bluffant.
00:30:54 C'est comme si on voyait l'univers observable entier en fisheye, à travers un trou de serrue.
00:31:01 Au centre de cette sphère, tu peux voir le système solaire.
00:31:10 C'est normal pour un observateur sur Terre,
00:31:12 la sphère que constitue l'univers observable à notre planète pour centre.
00:31:18 Tu peux voir le soleil autour duquel gravite la Terre,
00:31:21 et les autres planètes de notre système solaire.
00:31:24 Mercure et Vénus, plus proches du Soleil que nous.
00:31:28 Puis Mars, Jupiter, Saturne avec son anneau,
00:31:32 et Uranus et Neptune, les planètes bleues.
00:31:36 Accolé à la Terre, tu peux même apercevoir la Lune.
00:31:41 Autour de notre système solaire, tu peux voir les deux ceintures d'astéroïdes,
00:31:45 la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort,
00:31:48 qui ressemble à des anneaux de poussière.
00:31:51 La ceinture de Kuiper s'étend entre 30 et 55 unités astronomiques,
00:31:56 au-delà de l'orbite de Neptune.
00:31:59 Elle est similaire à la ceinture d'astéroïdes,
00:32:02 un anneau de milliards d'astéroïdes,
00:32:05 qui est situé entre Mars et Jupiter.
00:32:08 Et c'est formé en même temps que notre système solaire,
00:32:11 il y a 4,6 milliards d'années.
00:32:15 Cependant, la ceinture de Kuiper est 20 fois plus large
00:32:19 et de 20 à 200 fois plus massive que la ceinture d'astéroïdes.
00:32:25 Elle est composée de petits corps et de trois planètes naines au moins,
00:32:30 Pluton, Makemake et Oméa.
00:32:35 Parmi ces petits corps, on compte des centaines de milliers de corps glacés,
00:32:40 de plus de 100 kilomètres,
00:32:42 plusieurs milliards de comètes,
00:32:44 avec une période orbitale d'environ 200 ans.
00:32:49 Dès 1951, l'astronome néerlandais et américain Gerard Kuiper
00:32:54 avait prédit l'existence de la ceinture de Kuiper,
00:32:58 d'où le nom qui a été donné à cet anneau.
00:33:02 Ce n'est pourtant qu'en 1992, 19 ans après sa mort,
00:33:06 que 199 de QB1 a été découvert.
00:33:11 Ce fut le premier objet de la ceinture de Kuiper qui a été découvert
00:33:15 après Pluton en 1930 et son satellite Charon en 1978.
00:33:22 Pluton reste l'objet le plus connu de la ceinture de Kuiper.
00:33:27 Auparavant considérée comme la 9e planète du système solaire,
00:33:31 cette planète a été déclassée en planète naine en 2006.
00:33:37 Inversement, il se peut que Triton, le plus gros satellite de Neptune,
00:33:42 ait été un objet de la ceinture de Kuiper capturé par la planète.
00:33:48 La deuxième ceinture d'astéroïdes que tu peux voir
00:33:51 sur la représentation de l'univers observable de Pablo Carlos Budasi
00:33:55 est le nuage d'Oort.
00:33:58 Celui-ci n'a jamais été observé. Il est donc hypothétique.
00:34:03 En réalité, le nuage d'Oort n'est pas un anneau,
00:34:07 mais une sphère formée de comètes gelées.
00:34:11 En 1950, l'astronome hollandais Jan Hendrik Oort
00:34:19 a publié le résultat de ses travaux sur les comètes à longue période.
00:34:24 Dans ses travaux, l'astronome constatait que les orbites des comètes
00:34:28 à longue période connues en 1950 avaient leurs affilies,
00:34:34 c'est-à-dire le point où elles sont à la plus grande distance du Soleil,
00:34:39 à des distances de l'ordre de 20 000 à 100 000 unités astronomiques du Soleil.
00:34:45 Il en a conclu qu'il existe, entre ces distances du Soleil,
00:34:50 un ensemble de comètes qui tourne sur des orbites circulaires,
00:34:55 et que ce réservoir de comètes a une forme sphérique.
00:34:59 La limite externe du nuage d'Oort formerait la frontière gravitationnelle du système solaire.
00:35:06 Ce nuage reste hypothétique, car il n'a jamais été observé,
00:35:13 mais de nombreux scientifiques pensent qu'il doit exister
00:35:16 pour expliquer les analyses réalisées des orbites des comètes.
00:35:20 Parce que les objets du nuage d'Oort seraient majoritairement composés de glace,
00:35:27 comme l'eau, le méthane et l'ammoniaque,
00:35:30 les astronomes pensent que cette matière s'est formée plus près du Soleil
00:35:35 et a été dispersée loin dans l'espace par l'effet gravitationnel des planètes géantes
00:35:41 au début de l'évolution du système solaire.
00:35:44 [Musique]
00:35:50 Continuons notre exploration de l'univers observable.
00:35:53 Après le nuage d'Oort, et donc en dehors de notre système solaire,
00:35:58 tu peux observer le système d'étoiles Alpha Centauri,
00:36:02 situé à 4,37 années-lumière de la Terre.
00:36:06 Alpha Centauri, ou Alpha du Centaure,
00:36:10 est le système stellaire et planétaire le plus proche du système solaire.
00:36:14 Ou plus précisément, c'est le système stellaire le plus proche de notre système solaire actuellement,
00:36:20 car tout est en mouvement dans l'univers.
00:36:23 Cependant, ce système devrait garder son statut assez longtemps,
00:36:28 car il faut tout de même, à notre Soleil, 230 millions d'années pour faire le tour de la Voie lactée.
00:36:34 Le système Alpha Centauri est composé de trois étoiles,
00:36:39 Alpha Centauri A, Alpha Centauri B et Alpha Centauri C,
00:36:44 la plus connue, aussi appelée Proxima Centauri.
00:36:48 Les étoiles A et B forment une étoile double,
00:36:53 et Proxima Centauri est une naine rouge, moins lumineuse.
00:36:58 Cette dernière aurait été capturée par le système stellaire double,
00:37:02 ce qui fait qu'elle est maintenant liée gravitationnellement à ces deux étoiles.
00:37:08 Elle a d'ailleurs été découverte assez tardivement, en 1915 seulement.
00:37:13 Mais alors, pourquoi est-ce l'étoile la plus connue de ce système ?
00:37:18 Tout simplement parce que c'est l'étoile la plus proche du Soleil parmi les trois,
00:37:24 ce qui en fait l'étoile la plus proche de notre système solaire.
00:37:28 Ou tout du moins, c'est l'étoile la plus proche de nous, depuis environ 32 000 ans,
00:37:34 et elle le sera encore pour environ 33 000 ans.
00:37:38 Pas étonnant alors que les astronomes se soient penchés sur les possibilités
00:37:44 que les planètes de ce système abritent une forme de vie extraterrestre.
00:37:50 Proxima Centauri B est celle qui intéresse le plus les astronomes,
00:37:56 car elle est située dans la zone habitable de l'étoile Proxima Centauri,
00:38:00 autour de laquelle elle gravite.
00:38:03 Mais ce n'est pas tout.
00:38:04 Cette planète située à quand même 40 000 milliards de kilomètres
00:38:09 partage de nombreuses caractéristiques en commun avec notre Terre.
00:38:14 C'est une planète rocheuse, et sa masse est similaire à celle de la Terre.
00:38:20 Tous ces paramètres rendent la présence d'eau à l'état liquide possible sur cette exoplanète.
00:38:27 Cependant, il y a des obstacles à la vie sur cette planète,
00:38:31 notamment la proximité de son étoile, qui est une naine rouge active.
00:38:36 La planète reçoit donc 400 fois plus de rayons X que nous recevons sur Terre.
00:38:43 Non seulement cela devrait avoir fortement érodé l'atmosphère de la planète,
00:38:48 s'il y en a une, mais en plus, cela rend difficile le développement de la vie
00:38:53 telle que nous la connaissons.
00:38:55 Il y a autre chose.
00:38:57 Même si nous n'avons pas pu le vérifier de nos propres yeux,
00:39:01 il est fort probable que la planète et son étoile soient verrouillées gravitationnellement.
00:39:06 Ce qui signifie que Proxima Centauri B présente toujours la même face à son étoile.
00:39:13 Il y aurait donc sur cette planète un hémisphère où il fait en permanence nuit et froid,
00:39:20 et un autre où il fait bien trop chaud pour permettre l'existence de l'eau à l'état liquide.
00:39:26 Et donc, le développement de la vie.
00:39:29 Les astronomes ne perdent cependant pas espoir.
00:39:33 Il se peut que des régions habitables existent le long du Terminateur,
00:39:38 c'est-à-dire la ligne fictive qui sépare ces deux hémisphères extrêmes.
00:39:43 Dans cette zone, les températures seraient tempérées.
00:39:48 Et si la planète dispose d'une atmosphère suffisamment épaisse,
00:39:52 elle pourrait même opérer des transferts thermiques d'une face à l'autre de la planète.
00:39:58 Ce qui augmenterait considérablement la taille des zones potentiellement habitables.
00:40:04 Revenons à la carte de l'univers observable dessinée par Pablo Carlos Budasi.
00:40:15 Après le système Alpha du Centaure, tu peux voir, à environ 6000 années-lumière de nous,
00:40:21 le bras de Percé de la Voie Lactée, notre galaxie.
00:40:25 Le bras spirale de Percé est l'un des quatre principaux bras spiraux de la Voie Lactée.
00:40:31 En effet, notre galaxie est une galaxie spirale barrée avec quatre bras majeurs,
00:40:37 et au moins deux bras mineurs.
00:40:40 Situé entre le bras du Cygne et le bras du Sagittaire,
00:40:49 on le nomme ainsi du fait de sa proximité avec la constellation de Percé.
00:40:55 Même si les observations tendent à qualifier la Voie Lactée de galaxie spirale,
00:41:00 comme par exemple la galaxie M81,
00:41:04 nous ne savons pas vraiment quelle est la forme exacte de notre galaxie,
00:41:08 parce que nous ne la voyons que de l'intérieur.
00:41:12 Les astrophysiciens utilisent diverses méthodes
00:41:16 pour faire des modélisations 3D de notre galaxie,
00:41:20 en déterminant les positions relatives des objets qui y sont présents.
00:41:25 Pour cela, l'une des méthodes consiste à mesurer la position dans le ciel des étoiles
00:41:30 et des nuages interstellaires, ainsi que leur vitesse par rapport à nous.
00:41:35 Ainsi, on peut en déduire leur distance.
00:41:39 Cependant, la modélisation 3D à partir de cette méthode est approximative,
00:41:44 car il faut supposer que ces objets célestes tournent régulièrement autour du centre de la Voie Lactée
00:41:50 et qu'il n'y a pas de mouvements aléatoires et d'interférences de matière.
00:41:55 Une autre méthode consiste à mesurer les distances des étoiles
00:42:00 en utilisant la parallaxe entre deux observations successives,
00:42:04 pour deux positions opposées de la Terre par rapport au Soleil.
00:42:09 C'est grâce au satellite européen Gaïa consacré à l'astronomie
00:42:13 que les scientifiques ont pu mettre en œuvre cette méthode.
00:42:17 Les résultats obtenus ont été confrontés aux données spectrométriques
00:42:21 sur la présence de poussières interstellaires,
00:42:24 afin de prendre en compte la quantité de matière interstellaire entre nous et chaque étoile.
00:42:31 Avec cette méthode, les astrophysiciens ont pu modéliser le bras de Percé
00:42:36 et se sont rendus compte qu'en réalité, il apparaît beaucoup plus dispersé qu'on ne le pensait.
00:42:43 Il se pourrait donc que la Voie Lactée ne soit pas une galaxie spirale de grand style,
00:42:50 comme Messier 81,
00:42:53 mais plutôt une galaxie avec des bras spiro-courts et fragmentés,
00:42:58 comme Messier 83.
00:43:03 Quoi qu'il en soit, la Voie Lactée se trouve au cœur de l'univers observable,
00:43:08 dans ce que l'on appelle le groupe local.
00:43:12 Le groupe local est un groupe de plus de 60 galaxies,
00:43:16 avec un diamètre de 10 millions d'années-lumière.
00:43:20 Les deux galaxies les plus massives du groupe local sont la Voie Lactée
00:43:25 et la galaxie d'Andromède, ou M31.
00:43:29 Toutes deux des galaxies spirales, elles sont séparées d'environ 2,5 millions d'années-lumière.
00:43:36 Et pourtant, il est très probable qu'un jour, elles entrent en collision.
00:43:42 En effet, elles se rapprochent l'une de l'autre à plus de 400 000 km/h.
00:43:48 Mais cette collision devrait avoir lieu dans 4,5 milliards d'années.
00:43:54 Pour commencer, les êtres humains ne seront certainement plus sur Terre,
00:43:59 car notre Soleil aura entamé sa transformation en géante rouge.
00:44:04 La vie sur Terre prendra fin dans 2,8 milliards d'années.
00:44:10 Mais cette collision ne présenterait aucun danger pour notre système solaire,
00:44:16 car les distances entre les étoiles sont si grandes que la probabilité qu'elles se rencontrent
00:44:21 reste très faible.
00:44:25 En fait, tout ce que pourrait provoquer cette collision entre deux galaxies,
00:44:30 c'est la destruction de quelques étoiles, la naissance d'autres étoiles,
00:44:35 et la création d'une nouvelle méga-galaxie avec un trou noir supermassif,
00:44:41 composé des deux trous noirs de la Voie Lactée et de la galaxie d'Andromède.
00:44:46 Tu l'auras compris, la galaxie d'Andromède est l'une des plus importantes voisines de notre galaxie.
00:44:53 C'est pourquoi elle est représentée sur l'image de Pablo Carlos Budasi.
00:44:58 Tu en entendras peut-être aussi parler sous les noms de M31 ou NGC 224.
00:45:05 Plus grande que la Voie Lactée, elle a un diamètre de 220 000 années-lumière,
00:45:11 et elle est située à 2,55 millions d'années-lumière du Soleil,
00:45:16 dans la constellation d'Andromède.
00:45:20 Confondue avec une nébuleuse jusque dans les années 1920,
00:45:25 cette galaxie est magnifique et surtout très lumineuse.
00:45:30 Elle contiendrait environ 1 000 milliards d'étoiles,
00:45:34 soit deux à cinq fois plus que notre galaxie.
00:45:38 Pour une luminosité totale qui équivaut à 26 milliards de fois celle du Soleil.
00:45:45 Elle est donc 25% plus lumineuse que la Voie Lactée.
00:45:49 Mais cela ne va peut-être pas durer,
00:45:52 car le taux de formation stellaire de notre galaxie
00:45:55 est trois à cinq fois plus élevé que celle de la galaxie d'Andromède.
00:46:00 En plus de cela, notre galaxie contient deux fois plus de sol,
00:46:05 notre galaxie contient deux fois plus de supernova.
00:46:09 Donc il est possible qu'un jour, dans un futur lointain,
00:46:13 sa luminosité surpasse celle de sa rivale, la galaxie d'Andromède.
00:46:19 Découverte dès l'an 964, observée en 1612,
00:46:28 et photographiée pour la première fois en 1887,
00:46:33 la galaxie d'Andromède est connue depuis longtemps.
00:46:37 Et pour cause, c'est l'une des rares galaxies que tu peux observer depuis la Terre à l'œil nu.
00:46:43 Plus précisément, depuis l'hémisphère Nord.
00:46:47 Et oui, cette galaxie a un diamètre apparent de six fois le diamètre apparent de la Lune depuis la Terre.
00:46:55 Cette galaxie se serait formée relativement récemment,
00:46:59 c'est-à-dire il y a moins de 3 milliards d'années,
00:47:02 alors que la Terre existait déjà.
00:47:05 Sa formation est expliquée par les astronomes par la collision de deux galaxies.
00:47:11 Elle possède de nombreuses galaxies dites satellites,
00:47:15 notamment la galaxie du triangle, ou M33,
00:47:20 la troisième galaxie la plus grande du groupe local,
00:47:23 après M31 et la Voie Lactée.
00:47:27 La galaxie du triangle est aussi une galaxie spirale,
00:47:30 et elle se trouve à 750 000 années-lumière de la galaxie d'Andromède.
00:47:36 On peut aussi l'observer à l'œil nu depuis la Terre,
00:47:39 mais seulement depuis l'hémisphère Sud, lorsque les bonnes conditions sont réunies.
00:47:46 Mis à part la galaxie du triangle, les autres satellites de M31 sont par exemple
00:47:52 probablement la galaxie naine irrégulière des poissons,
00:47:56 la galaxie naine sphéroïdale NGC 185,
00:48:01 la galaxie naine irrégulière IC10,
00:48:04 ou encore la galaxie naine sphéroïdale Andromède 2.
00:48:09 Il y en a encore d'autres, mais nous ne pourrons pas toutes les explorer.
00:48:14 En 2016, le nombre de galaxies contenues dans l'univers observable a été revu à la hausse.
00:48:21 Il en contiendrait en fait 2000 milliards,
00:48:24 soit 20 fois plus que ce que l'on pensait auparavant.
00:48:28 Cette découverte, publiée dans The Astrophysical Journal,
00:48:38 a été faite par une équipe de chercheurs internationale,
00:48:41 menée par Christopher Cancellis de l'université de Nottingham.
00:48:47 Les chercheurs ont converti des images de champs profonds de Hubble en images 3D,
00:48:53 comptant les galaxies existantes par tranche d'espace-temps,
00:48:57 jusqu'à remonter à 13 milliards d'années dans le passé.
00:49:01 À chaque période, ils ont évalué la densité de galaxies,
00:49:06 même si plus on s'éloigne dans le passé, plus la tâche est compliquée.
00:49:11 En effet, plus les galaxies sont lointaines, moins elles sont visibles,
00:49:16 ou plus elles sont décalées vers le rouge.
00:49:19 Ils ont donc utilisé des modèles mathématiques,
00:49:22 permettant de déduire le nombre de galaxies en fonction de l'époque.
00:49:27 Leur conclusion ? La densité de galaxies évolue inversement à l'âge de l'univers.
00:49:34 Leur étude a permis de montrer que les galaxies ne sont pas uniformément réparties dans le temps.
00:49:40 Lorsque l'univers était encore jeune, c'est-à-dire âgé de quelques milliards d'années seulement,
00:49:46 le nombre de galaxies présentes dans un volume d'espace donné était dix fois plus grand que dans l'univers proche.
00:49:54 Mais la plupart de ces galaxies étant des galaxies naines comme on en trouve dans la Voie lactée,
00:50:00 90% ne sont pas détectables avec les télescopes actuels.
00:50:05 Cette étude pose de nombreuses questions,
00:50:08 notamment sur la manière dont l'univers a évolué pour réduire à ce point le nombre de galaxies.
00:50:15 Peut-être avec des fusions galactiques.
00:50:19 Ce qui intéresse aussi les scientifiques, c'est la manière dont sont organisées ces galaxies dans l'univers observable.
00:50:31 Les chercheurs ont remarqué une tendance des galaxies à se regrouper en groupes, en amas ou même en superamas.
00:50:40 Les superamas sont des groupes d'amas de galaxies.
00:50:43 Voici quelques exemples pour que tu puisses y voir plus clair.
00:50:48 Le groupe local est un groupe de galaxies, qui regroupe plus de 60 galaxies comme la Voie lactée,
00:50:55 la galaxie d'Andromède et la galaxie du Triangle.
00:50:59 L'ama de la Vierge est un ama de galaxies qui contient entre 1300 et 2000 galaxies, dont 90% sont des galaxies naines.
00:51:10 Les amas de galaxies sont plus massifs que les groupes de galaxies et contiennent plus de gaz chaud.
00:51:17 Le superama de la Vierge qui contient en son centre l'ama de la Vierge est un superama de galaxies.
00:51:24 Les superamas sont des ensembles pouvant aller jusqu'à des centaines de millions d'années-lumière de diamètre
00:51:30 et contenant plusieurs dizaines de groupes et d'amas de galaxies.
00:51:35 Ils sont intéressants pour les scientifiques car c'est à l'échelle des superamas que l'on peut se rendre compte de l'expansion de l'univers.
00:51:43 En effet, c'est à cette échelle que se font sentir le décalage vers le rouge ou, si les objets se rapprochent de nous, le décalage vers le bleu.
00:51:53 A l'inverse, les groupes ou amas de galaxies sont liés par la gravité avec une force gravitationnelle assez puissante pour résister à l'expansion de l'univers.
00:52:07 Le superama de la Vierge est particulièrement connu car c'est là que se trouve notre groupe local.
00:52:14 C'est pourquoi on l'appelle aussi superama local.
00:52:18 Il est situé à environ 65 millions d'années-lumière de nous et a été découvert progressivement à partir de 1863.
00:52:28 De nombreuses nébuleuses avaient été observées dans cette zone.
00:52:33 Il a été établi que ce superama était bien une structure et non un simple regroupement de nébuleuses dans les années 70-80.
00:52:43 Contrairement à la galaxie d'Andromède, le superama de la Vierge n'est pas très lumineux.
00:52:49 En fait, il est très peu lumineux par rapport au nombre d'étoiles qu'il contient.
00:52:54 Ce qui a amené les scientifiques à conclure qu'il est en grande partie composé de matière noire.
00:53:00 Il y a bien d'autres superamas dans l'univers observable.
00:53:05 Le superama le plus proche du superama local est le superama de Lydre-Centaure, qui regroupe en fait deux superamas.
00:53:14 Le superama du Centaure et le superama de Lydre.
00:53:19 Ce superama est lui aussi plutôt connu du grand public car il contient le fameux Grand Attracteur.
00:53:26 Cette mystérieuse zone vers laquelle converge le groupe local et le superama de la Vierge, à une vitesse d'environ 625 km/s.
00:53:38 Cette zone est en fait située près de l'ama de la Règle, le troisième sous-ensemble du superama de Lydre-Centaure.
00:53:46 Elle exerce une force gravitationnelle tellement puissante que toute la matière dans un rayon d'environ 165 millions d'années-lumière s'y déverse.
00:53:57 Les superamas de Lydre et du Centaure sont souvent étudiés ensemble, bien qu'ils soient bien deux superamas distincts, séparés de 150 à 200 millions d'années-lumière.
00:54:11 Le superama du Centaure n'est pas facilement observable depuis la Terre, car la région du ciel dans laquelle il se trouve est traversée par la voie lactée.
00:54:22 C'est pour cela que les photographies de ce superama ne sont pas très précises et obscurcies par de nombreuses étoiles en premier plan.
00:54:32 Mais le superama du Centaure est quand même intéressant, car il contient quatre amas riches en galaxies, et des centaines de plus petits groupes de galaxies.
00:54:43 Quant au superama de Lydre, il ne contient qu'un seul ama riche de galaxies, car il ne s'étend que sur 100 millions d'années-lumière environ.
00:54:53 Cet ama est l'ama de Lydre. Il reste l'un des trois plus grands amas de galaxies, à moins de 200 millions d'années-lumière de nous.
00:55:04 Parmi les superamas connus, il y a aussi le superama de Chaplet, situé à 650 millions d'années-lumière de nous, dans la constellation du Centaure.
00:55:17 Cet ensemble est gigantesque. Voici un peu de mise en contexte pour que tu te rendes compte de l'immensité de ce superama.
00:55:26 Notre petite planète est située dans la voie lactée, qui est elle-même située dans le groupe local.
00:55:33 Notre groupe de galaxies se trouve dans le superama de la Vierge, qui est, avec le superama de Lydre au Centaure et le superama du Pan indien, l'un des trois superamas d'un ensemble plus vaste, appelé l'Agnakéa.
00:55:49 Et au-delà de l'Agnakéa, il y a le superama de Chaplet, un superama encore plus grand par lequel est attiré l'Agnakéa.
00:55:59 Le superama de Chaplet est situé dans la constellation du Centaure, à 650 millions d'années-lumière de nous, derrière le superama du Centaure.
00:56:15 Il contient 25 amas de galaxies qui sont très rapprochés, puisqu'ils sont condensés dans une zone de la taille du superama de la Vierge, qui, lui, ne contient qu'un seul grand amas de galaxies.
00:56:29 En 1936, l'astrophysicien américain Harlow Chaplet avait estimé à 76 000 le nombre de galaxies concentrées dans cette région.
00:56:41 C'est cette découverte qui a mené plus tard à la découverte du superama de Chaplet.
00:56:47 C'est donc tout naturellement que les astronomes ont donné le nom de cet astrophysicien au superama.
00:56:55 Continuons notre exploration des superamas de l'univers observable.
00:57:01 A proximité de l'Agnakéa et du superama de Chaplet se trouve aussi le superama d'Hercule, le superama de la chevelure de Bérénice et le superama de Persepoisson.
00:57:13 Le superama de Persepoisson est un superama important qui se reconnaît par sa forme insolite.
00:57:21 En effet, comme tu peux le voir, il forme un long mur dense de galaxies, qui s'étend sur presque 300 millions d'années-lumière de long.
00:57:31 Il contient notamment l'amas de Perse, l'un des amas de galaxies les plus massifs, à moins de 500 millions d'années-lumière de long,
00:57:41 et le deuxième amas le plus proche, après l'amas de la règle, qui contient des milliers de galaxies.
00:57:48 Mais contrairement à l'amas de la règle, caché par le plan de la voie lactée, il est facile à observer.
00:57:59 Le superama d'Hercule se trouve dans la constellation d'Hercule, d'où son nom.
00:58:05 Il est constitué de deux superamas de galaxies reliées entre eux, dont le plus connu est dominé par deux amas riches en galaxies, A2197 et A2199.
00:58:19 Ce n'est cependant pas le plus grand des deux superamas.
00:58:22 Le deuxième superama contient en effet plusieurs amas riches et des centaines de petits groupes de galaxies.
00:58:30 Il est dominé par trois amas de galaxies, A2147, A2151 et A2152.
00:58:40 Le superama de la chevelure de Bérénice, aussi appelé superama de Coma, est le superama le plus proche de la Terre, à 300 millions d'années-lumière.
00:58:53 On trouve deux amas particulièrement connus dans ce superama. L'ama de la chevelure de Bérénice, ou ama de Coma, et l'ama du Lion.
00:59:02 En plus d'être intéressant pour comprendre l'expansion de l'univers, les superamas permettent aux scientifiques de mieux comprendre l'organisation de la matière dans l'univers observable.
00:59:19 Les chercheurs ont ainsi découvert que les superamas ne sont pas répartis de manière homogène. Au contraire, on observe d'énormes vides entre certains superamas,
00:59:31 c'est-à-dire des espaces sans amas de galaxies, sur plusieurs centaines de millions d'années-lumière.
00:59:38 Plus de 90% de l'univers serait ainsi constitué de vides. Cela t'étonne ? En fait, c'est plutôt logique.
00:59:48 Lorsque tu regardes le ciel, tu ne vas pas pointer ton télescope vers des zones de vides, mais vers les zones où tu peux voir de multiples points lumineux.
00:59:59 De même, les chercheurs, quelle que soit leur motivation, pour trouver une planète habitable, comprendre la formation des étoiles, ou l'organisation de l'univers,
01:00:09 vont plutôt observer les régions du ciel où l'on peut voir des planètes, des étoiles et des galaxies.
01:00:17 Résultat, les images que tu peux voir, comme les photographies du télescope James Webb, ne sont pas représentatives de l'univers dans son ensemble.
01:00:29 Certains vides sont particulièrement connus, car ils sont très étudiés par les chercheurs, notamment le vide du Bouvier,
01:00:37 qui est voisin du superama de Chaplet, et dont l'une des bordures est délimitée par le superama d'Hercule.
01:00:45 Le vide du Bouvier est appelé ainsi car les quelques galaxies qu'il comporte sont voisines de la constellation du Bouvier.
01:00:54 Et oui, on dit qu'il s'agit d'un vide, car il contient très peu de galaxies, mais cela ne veut pas dire qu'il n'y a vraiment rien dans cette région.
01:01:04 En fait, les vides dans l'univers sont des régions où l'on trouve sensiblement moins de matière que la moyenne.
01:01:12 Aussi appelé le grand vide, le vide du Bouvier a une forme de sphère de près de 330 millions d'années-lumière de diamètre,
01:01:20 ce qui en fait l'un des plus grands vides connus de l'univers observable.
01:01:25 Il est d'ailleurs qualifié de super-vide.
01:01:29 Il a finalement été découvert plutôt par hasard.
01:01:33 C'est une équipe menée par l'américain Robert Kirchner, professeur à Harvard, qui a découvert ce vide en 1981,
01:01:42 à l'occasion d'un relevé des décalages vers le rouge des galaxies.
01:01:48 Des astronomes ont par la suite découvert quelques galaxies dans cette région apparemment vide, mais pas beaucoup.
01:01:56 En 1997, on estimait à 60 le nombre de galaxies dans le vide du Bouvier.
01:02:03 Ces galaxies sont isolées et éloignées les unes des autres,
01:02:07 de sorte qu'elles sont réparties dans un volume près de deux fois et demi plus grand que celui du Supéramma de la Vierge,
01:02:15 qui contient plus de 10 000 galaxies.
01:02:19 En fait, ces galaxies sont tellement isolées au sein du vide du Bouvier que si la Voie Lactée se trouvait au centre de ce vide,
01:02:27 nous n'aurions pas su qu'il existait d'autres galaxies avant le milieu du siècle dernier.
01:02:34 Comment expliquer cette zone relativement vide ?
01:02:43 L'une des théories qui a été avancée est que le vide se serait formé à partir d'autres vides,
01:02:49 à la manière dont plusieurs bulles de savon peuvent s'agglomérer pour en former une plus grande.
01:02:55 Ce phénomène par lequel plusieurs substances identiques mais dispersées ont tendance à se réunir est appelé coalescence.
01:03:05 Mais alors, comment se sont formés les premiers vides ?
01:03:09 Les galaxies qui se sont réunies pour former les super-vides comme le vide du Bouvier.
01:03:15 Ces vides ont certainement été de très petites irrégularités au début de l'univers,
01:03:21 qui se sont agrandis considérablement avec l'expansion de l'univers.
01:03:27 Le vide du Bouvier n'est qu'une des nombreuses régions de vide que l'on trouve dans l'univers observable.
01:03:35 Des milliers de zones de vide ont été cataloguées par les chercheurs,
01:03:39 avec des diamètres variés allant de 30 à 300 millions d'années-lumière.
01:03:45 Très proche de notre groupe local, on trouve également le vide local,
01:03:50 dont la taille est estimée à environ 200 millions d'années-lumière.
01:03:55 Pas très loin, tu peux voir aussi le super-vide local boréal,
01:04:00 qui est dépourvu de toute amas galactique, sur près de 340 millions d'années-lumière de diamètre.
01:04:08 Et si l'on extrapole la définition du vide cosmique,
01:04:12 nous nous trouvons actuellement dans le plus grand vide connu de l'univers observable, le vide KBC.
01:04:19 Il est 7 fois plus grand que la moyenne, et s'étend sur près de 2 milliards d'années-lumière.
01:04:26 Il englobe notre galaxie, et des milliers d'autres autour de nous.
01:04:31 C'est l'une des régions les moins denses de l'espace.
01:04:35 Cela signifie que si nous habitions sur une autre planète, en dehors de ce vide KBC,
01:04:41 nous aurions certainement un ciel nocturne plus étoilé et moins sombre que celui de la Terre.
01:04:50 L'étude des vides intéresse de plus en plus les chercheurs,
01:04:53 qui y voilà l'occasion de mieux comprendre l'organisation de l'univers observable.
01:04:59 En effet, les contours de ces zones de vide sont dessinés par les filaments de galaxies formés par les super-amas.
01:05:07 Ou plutôt, comme le pensent les chercheurs,
01:05:10 ce sont les vides qui ont poussé les galaxies à se regrouper en grappes ou en filaments,
01:05:16 pour former des amas et des super-amas.
01:05:19 A mesure que l'univers vieillit, l'espace à l'intérieur des vides gagne en volume,
01:05:25 et la matière qui l'entoure se déplace et se tasse.
01:05:29 Continuons notre voyage dans l'univers observable.
01:05:38 Tu as devant toi la plus grande structure connue à ce jour de l'univers observable.
01:05:44 Le grand mur d'Hercule est de la couronne boréale, nommée d'après les constellations dans lesquelles il se situe.
01:05:52 Situé à 10 milliards d'années-lumière de nous,
01:05:55 le grand mur est une immense structure de 10 milliards sur 7,2 milliards d'années-lumière.
01:06:03 C'est le plus grand filament galactique connu à ce jour.
01:06:07 Il contient plusieurs milliers de galaxies, réparties en amas et en super-amas,
01:06:13 notamment le super-ama de la chevelure de Bérénice.
01:06:18 Découvert en 2013, il a battu le record détenu depuis 2003 par le grand mur de Sloan,
01:06:25 qui, avec ses dimensions de 1,3 milliard d'années-lumière,
01:06:29 était considérée comme la plus grande structure de l'univers observable.
01:06:34 Le grand mur de Sloan est plus proche de nous, à 1 milliard d'années-lumière seulement.
01:06:42 D'autres immenses structures ont été mises en évidence dans l'univers observable,
01:06:47 notamment le grand mur de Bosse, découvert en 2016.
01:06:52 Un réseau de 4 super-amas de galaxies qui contient au moins 830 galaxies.
01:06:59 Avec une masse de 10 000 fois celle de la Voie lactée,
01:07:02 cette super-structure a de quoi impressionner.
01:07:07 La galaxie HD-1
01:07:12 Nous arrivons bientôt aux confins de l'univers observable.
01:07:17 A 13,5 milliards d'années-lumière de nous se trouve la galaxie HD-1,
01:07:23 la galaxie la plus distante jamais observée.
01:07:27 La découverte de cette galaxie a été annoncée le 7 avril 2022,
01:07:33 par un communiqué du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
01:07:38 Pour le moment, on ne sait pas grand-chose sur cette galaxie lointaine.
01:07:43 Si ce n'est qu'elle est activement en train de former de nouvelles étoiles,
01:07:47 peut-être plus de 100 étoiles par an.
01:07:50 Parce que cela serait plutôt inhabituel pour une galaxie de ce type,
01:07:55 les scientifiques pensent qu'elle pourrait contenir des étoiles de population 3.
01:08:00 Ce type d'étoiles reste pour le moment hypothétique,
01:08:04 car aucune étoile de population 3 n'a été directement observée jusqu'alors.
01:08:10 Ce sont les étoiles qui ont été formées au commencement de l'univers.
01:08:16 Il se pourrait que cette galaxie renferme un trou noir supermassif,
01:08:21 de 100 millions de fois la masse du Soleil.
01:08:25 Cette hypothèse pourrait expliquer l'éclat inhabituel de HD1.
01:08:30 Si c'est le cas, ce serait une découverte historique,
01:08:33 car il s'agirait du premier trou noir connu aussitôt après le Big Bang.
01:08:40 Pour étudier HD1, les chercheurs ont utilisé plus de 1 200 heures d'observation
01:08:46 de différents observatoires, à Hawaï et au Chili,
01:08:50 mais aussi du télescope spatial Spitzer, qui ne fonctionne maintenant plus.
01:08:55 HD1, qui se serait formé 300 millions d'années seulement après le Big Bang,
01:09:00 a battu le record de la galaxie la plus ancienne et la plus lointaine,
01:09:04 auparavant détenue par la galaxie GNZ11,
01:09:08 située à 13,4 milliards d'années-lumière, dans la constellation de la Grande Ourse.
01:09:15 Toutes les structures que nous avons observées au cours de ce voyage
01:09:19 forment ce que l'on appelle la toile cosmique.
01:09:24 Un terme qui décrit bien les filaments interconnectés de galaxies,
01:09:28 qui se tissent et s'organisent comme une gigantesque toile d'araignée
01:09:33 autour des vides de l'univers et des limites des espaces riches en matière.
01:09:39 Cette impression est très particulière,
01:09:42 car elle est aussi riche en matière.
01:09:45 Cette impressionnante représentation en 3D de la toile cosmique
01:09:49 a pu être captée grâce à Roland Bacon,
01:09:53 chercheur au Centre de Recherche Astrophysique de Lyon et au CNRS,
01:09:57 et à son équipe.
01:10:00 Elle est le résultat de 140 heures d'observation d'une région du ciel,
01:10:05 avec le Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral au Chili,
01:10:11 et à l'instrument MUSE.
01:10:15 Sur cette image, tu peux voir plusieurs filaments de la toile cosmique,
01:10:19 tels qu'ils étaient 1 à 2 milliards d'années seulement après le Big Bang.
01:10:25 Revenons à l'image de Pablo Carlos Bodacé.
01:10:34 Autour de la toile cosmique, sur les bords de la sphère,
01:10:37 tu peux voir le fond diffus cosmologique,
01:10:40 qui est en fait le reste des premiers rayonnements de l'univers,
01:10:44 environ 380 000 ans après le Big Bang,
01:10:48 lorsque la lumière, jusqu'alors prisonnière de la matière, s'est échappée.
01:10:53 Pourquoi ce nom de fond diffus cosmologique ?
01:10:59 Diffus parce qu'il ne provient pas d'une source localisée.
01:11:03 Cosmologique parce qu'il serait présent dans tout l'univers observable.
01:11:08 On l'appelle aussi rayonnement fossile,
01:11:11 car il est présent depuis les premiers instants de l'univers.
01:11:15 Quoi qu'il en soit, il avait été prévu dès 1948,
01:11:19 et fut découvert peu après, en 1964, un peu par hasard.
01:11:24 Sa découverte a validé le modèle cosmologique basé sur l'idée du Big Bang.
01:11:35 La dernière couche de cette sphère, réalisée par Pablo Carlos Budasi,
01:11:40 est un anneau de plasma quark-gluon.
01:11:43 Cet anneau se trouve à la frontière de l'univers observable.
01:11:46 Au-delà, c'est l'inconnu.
01:11:49 Ce plasma invisible correspond à l'horizon cosmologique.
01:11:55 Mais qu'est-ce que ce plasma de quarks et de gluons ?
01:11:59 C'est un état de la matière qui existe à des températures,
01:12:04 et des densités extrêmement élevées.
01:12:07 Ce n'est ni solide, ni liquide, ni gazeux.
01:12:12 C'est comme une soupe de quarks et de gluons.
01:12:16 Lorsque l'univers était chaud, le noyau des atomes se serait vaporisé,
01:12:22 ce qui a donné un gaz de hadron.
01:12:25 Autrement dit, pas en gaz de molécules ou d'atomes,
01:12:29 mais en gaz avec des protons, des neutrons,
01:12:32 et d'autres particules de quarks et anti-quarks.
01:12:36 Ce plasma était certainement présent durant les 20 à 30 premières microsecondes
01:12:44 après le Big Bang.
01:12:46 Et il se pourrait aussi qu'on en retrouve au sein de certaines étoiles très denses.
01:12:52 Mais impossible de l'étudier directement.
01:12:55 Pour cela, les chercheurs le recréent en laboratoire,
01:12:59 dans des accélérateurs de particules.
01:13:02 Nous sommes maintenant arrivés à la fin de ce voyage à travers l'univers observable.
01:13:09 Alors oui, l'univers est probablement infini.
01:13:13 Mais l'univers observable, lui, peut être étudié jusqu'à ses confins.
01:13:19 Et peut-être qu'un jour, grâce à l'étude de notre univers,
01:13:24 nous arriverons enfin à percer tous les mystères de son origine.
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