Dans un climat de progrès technologique constant et où les mystères de l'espace profond ont trouvé des réponses qui étaient auparavant inimaginables, vous aussi vous êtes probablement demandé quelle est la taille de l'univers. Si la course à l'exploration spatiale nous a fait prendre conscience que notre planète n'est qu'une tache dans un désert cosmique sans limites, tout le monde ne sait pas exactement quelle est la taille réelle de l'univers, du moins selon le modèle cosmologique le plus largement accepté, grâce à l'explosion gigantesque et tonitruante du Big Bang.
Une explosion qui aurait eu lieu il y a plus de 13 milliards d'années, et qui a donné naissance à tout ce que nous connaissons, mais aussi à tout ce qui est resté inconnu pour le moment. Avec l'évolution de la technologie, les astronomes sont capables de remonter dans le temps jusqu'aux moments juste après cet événement crucial, mais ils sont encore limités dans la quantification de la taille du cosmos, qui est bien sûr déterminée par un certain nombre de facteurs différents, dont, sans surprise, la forme et l'expansion.
Qu'est-ce que l'univers
Avant de découvrir, si tant est qu'on le sache, la taille de l'univers, une étape fondamentale consiste à comprendre ce que l'on entend réellement par ce terme. Dans la littérature scientifique, et en particulier dans celle relative aux phénomènes astronomiques, le nom d'Univers est utilisé pour identifier l'ensemble de l'espace et tout ce qu'il contient. Plus précisément, il s'agit de la matière, de l'énergie, des planètes et des étoiles, des galaxies et plus généralement du contenu de l'espace intergalactique. En substance, nous pouvons le définir comme "la totalité de toutes les choses qui existent", et seule une très petite partie est visible à l'œil nu.
En calculant à partir de notre cadre temporel local, l'univers a pris naissance il y a environ 13,8 milliards d'années grâce au Big Bang susmentionné, actuellement l'hypothèse la mieux acceptée par les scientifiques, bien qu'avec ses limites évidentes. Selon ce modèle, quatre forces fondamentales ont joué un rôle clé dans la "genèse spatiale" : la force nucléaire forte, la force nucléaire faible, la force gravitationnelle et la force électromagnétique. Tout cela était associé à la formation de protons, d'électrons et de neutrons qui, au fur et à mesure que les températures baissaient, donnaient naissance aux noyaux d'hélium, aux noyaux de deutérium et aux atomes.
Dans cette phase, l'univers a continué à se refroidir et à s'étendre, créant les conditions favorables à la formation de galaxies et d'étoiles. Un véritable chemin d'expansion post-Big Bang, qui a trouvé son équilibre particulier grâce à la présence de l'attraction gravitationnelle, qui tend à réduire la distance entre les galaxies et à empêcher une expansion infinie. Les scientifiques ont aujourd'hui deux théories différentes sur l'évolution future de l'univers : la théorie de l'univers fermé et la théorie de l'univers ouvert.
Selon la première théorie, l'univers aurait tendance à s'étendre d'abord, puis à se contracter en une très petite masse de haute densité ; selon la seconde théorie, en revanche, l'univers s'étendrait indéfiniment, car la quantité de matière présente n'est pas suffisante pour arrêter l'expansion elle-même. A l'aube des années 1980, un nouveau modèle est apparu, connu sous le nom d'univers inflationniste, dans lequel le diamètre de l'univers aurait rapidement augmenté d'un facteur 1050 par rapport à la théorie traditionnelle la plus largement acceptée.
Combien est grand l'univers
La partie observable de l'univers depuis la Terre avec les équipements techniques dont nous disposons a un diamètre total de 93 milliards d'années-lumière. C'est précisément l'observation scientifique et méticuleuse de l'univers et de ses mouvements qui nous a permis de comprendre qu'il a été régi par les mêmes lois et constantes physiques pendant la majeure partie de son histoire et dans toute son étendue observable, avec des déductions évidentes dans sa phase initiale, et la plus délicate. Pour être plus précis, nous pouvons dire que l'univers observable est la région de l'univers visible depuis la Terre, et qu'il s'agit approximativement d'une sphère infiniment grande, avec un rayon de 43 milliards d'années-lumière.
Pour faire une comparaison que même les moins expérimentés peuvent comprendre, nous devons considérer que le diamètre d'une galaxie typique est de 30 000 années-lumière, et que la distance typique entre deux galaxies voisines est de 3 millions d'années-lumière. Par exemple, notre propre Voie lactée a un diamètre d'environ 100 000 années-lumière, et la galaxie la plus proche de notre planète, Andromède, est située à environ 2,5 millions d'années-lumière.
Il va sans dire qu'en cosmologie, l'univers réellement observable est "brossé" comme une vaste zone d'espace délimitée par une sphère centrée sur un observateur. Une sphère qui englobe en fait tout ce qu'il peut observer. D'une manière générale, on entend alors par là toute la portion de l'univers qui peut être étudiée par l'homme, et donc la sphère centrée sur notre Terre, mais en même temps il est facile de comprendre que chaque position dans l'espace possède inévitablement son univers observable spécifique.
Si, de manière absurde, l'univers n'était pas, comme indiqué précédemment, en expansion continue, nous pourrions facilement répondre à la question "quelle est la taille de l'univers ?" par un calcul trivial : en pratique, le rayon de l'univers observable serait égal à la distance parcourue par la lumière dans le temps entre le début de l'univers, correspondant à 13,8 milliards d'années-lumière, et le Big Bang. Cependant, si l'on considère que l'expansion se poursuit en réalité, la distance réelle de cet horizon est désormais nettement plus grande, et ne peut être définie avec une précision absolue.
Aujourd'hui, selon les estimations les plus fiables, ce même point se trouve à 46 milliards d'années-lumière, faisant de l'univers observable une sphère d'un diamètre d'environ 93 milliards d'années-lumière, comme l'affirme le paragraphe d'introduction. Cette taille pourrait contenir environ 7×1022 étoiles, organisées en environ 2×1012 galaxies, soit deux trillions de galaxies, elles-mêmes regroupées en groupes et amas de galaxies et superamas.
Toutefois, des observations plus récentes et plus précises ont fourni de nouvelles estimations, selon lesquelles le nombre hypothétique de galaxies dans l'univers extrapolé à partir de la structure du fond optique cosmique actuellement connu n'est qu'une fraction du nombre réel. Avec un nombre par conséquent plus élevé d'au moins un ou deux ordres de grandeur, sans compter encore 90% des galaxies de l'univers observable qui ne peuvent être détectées avec les télescopes dont nous disposons, qui ne sont malheureusement pas encore assez puissants.
L'âge de l'univers
Toutes les considérations ci-dessus nous permettent de comprendre qu'il n'est pas unanimement possible de définir la taille de l'univers. Univers qui, en accélérant son expansion ininterrompue, impose une limite à sa partie observable. Les "frontières" sont marquées par ce que l'on appelle l'horizon cosmologique, qui est défini comme la région de l'univers au-delà de laquelle tout objet s'éloigne de l'observateur à une vitesse supérieure à celle de la lumière. Il va sans dire que cet horizon représente et délimite la distance maximale avec laquelle il n'est plus possible d'établir un contact causal : selon ce principe astronomique, il n'y aura jamais aucune possibilité d'observer ou d'échanger un quelconque signal ou information généré désormais avec des régions situées au-delà de l'horizon, avec les éléments "sortant de la réalité" pour l'observateur lui-même.
En fait, comme beaucoup d'entre vous le savent déjà, l'horizon est une limite physique imposée par la vitesse finie de la lumière ou de tout autre rayonnement émis par les objets célestes, en vertu de laquelle ce rayonnement met un certain temps à atteindre l'observateur, et qui est infiniment plus long que la durée de vie moyenne de l'homme.
Réelles difficultés liées à la taille de l'univers, et qui se posent également lorsqu'on essaie de déterminer son âge, bien que nous soyons arrivés à une convention plutôt "précise", dans la mesure du possible. Cette terminologie fait généralement référence au temps qui s'est écoulé entre le Big Bang et notre époque, soit 13,82 milliards d'années pour être précis, selon le modèle du Big Bang. Cependant, il existe diverses mesures qui nous permettent au moins d'estimer l'âge de l'univers. Parmi les plus courantes, nous avons tout d'abord les mesures du rayonnement de fond cosmique et de l'expansion de l'univers. La première, pour l'expliquer le plus simplement possible, considère le temps de refroidissement de l'univers depuis le Big Bang. Les études de l'expansion de l'univers, en revanche, permettent de calculer une date probable pour le début de l'expansion elle-même.
Vous comprendrez que, puisque nous ne savons pas précisément ce qui a précédé le Big Bang, l'âge réel de l'univers pourrait être beaucoup plus élevé que les estimations faites aujourd'hui par la communauté scientifique. D'autre part, précisément en raison du caractère inévitable de l'univers, tant en termes de temps que de taille, le terme univers est très souvent utilisé à tort dans le langage courant pour désigner l'univers observable. En effet, comme nous l'avons expliqué précédemment, les phénomènes physiques inobservables sont paradigmatiquement indescriptibles pour la connaissance scientifique humaine.