Astrophysique : Quelle est la forme de l’univers, plat, sphérique ou en forme de selle ?

Pour eux, la forme de l’univers est une question sérieuse, car elle implique l’avenir du cosmos : selon ce qu’il est, nous saurons s’il s’étendra pour toujours ou inversera son expansion lors d’un Big Crunch cataclysmique, d’une grande implosion ou d’une grande implosion. effondrement.

De plus, connaître la réponse à la question posée permet de savoir si l’univers est infini ou fini.

Alors comment commencer à résoudre cette énigme ?

L’idée selon laquelle l’espace a une forme est apparue avec la théorie de la relativité générale de 1915.

Et parmi toutes les formes possibles, celle-ci ne permet à l’univers de prendre qu’une des trois formes suivantes :

L’un des facteurs qui déterminent sa forme est sa densité, c’est-à-dire la quantité de matière dans un volume d’espace donné.

S’il est trop grand, la force de gravité dépassera la force d’expansion et il se courbera en sphère.

Dans ce cas, l’univers serait fini, bien qu’il n’ait pas de fin (tout comme la surface d’une boule n’est pas infinie, mais il n’y a aucun point sur la sphère qui puisse être décrit comme une « fin »).

En plus d’être fini, c’est le scénario dans lequel l’expansion s’arrêtera à un moment donné, les galaxies, au lieu de s’éloigner les unes des autres, commenceront à se rapprocher, jusqu’à ce que ce qui a commencé par un Big Bang se termine par un Grand Effondrement. .

Dans les deux autres cas, hyperbolique et plan, l’univers est infini et s’étend à l’infini.

Pour établir ce que c’est (et l’avenir du cosmos !), des preuves observationnelles solides étaient nécessaires… mais de quoi ?

Eh bien, quelque chose de merveilleux.

Les cosmologistes ont mesuré le rayonnement du fond diffus cosmologique, un vestige froid du Big Bang survenu il y a environ 13,8 milliards d’années.

Ces traces de la formation de la matière, de l’espace et du temps, selon le modèle cosmologique standard, sont faciles à retrouver, explique le physicien et auteur Marcus Chown, car elles sont littéralement omniprésentes.

« Si vous prenez un centimètre cube d’espace vide n’importe où dans l’univers, il contient 300 photons, particules lumineuses de ce rayonnement.

« En fait, 99 % de toute la lumière de l’univers ne provient pas des étoiles ou de quoi que ce soit d’autre, mais de la lueur du Big Bang.

Ce rayonnement, découvert en 1965, est comme une photo du cosmos naissant.

« C’est la lumière la plus ancienne et lorsque nous la captons avec nos télescopes, nous remontons le plus loin possible dans le temps.

« Encodée dans cette lumière se trouve une image de l’univers tel qu’il était un tiers de million d’années après le Big Bang, un moment crucial, car c’est à ce moment-là que se sont formées les premières structures, les germes des galaxies.

Ces restes de radiations sont souvent décrits comme la pierre de Rosette des cosmologistes pour déchiffrer le passé, car ils permettent aux chercheurs de tirer des conclusions détaillées à partir des preuves d’observation les plus rares.

Comment pouvons-nous déduire autant de ce rayonnement fossile du Big Bang ?

Réaliser ce que certains ont décrit comme la mesure la plus difficile en science.

Cette lumière du Big Bang que l’on peut désormais observer dans une sphère entourant la Terre se présente sous forme d’ondes très courtes, des micro-ondes, et est un mélange de lumière et de chaleur résiduelle, extrêmement faible, mais suffisant pour révéler des idées puissantes.

C’est comme « une couche uniforme avec une température presque constante d’environ 3 degrés au-dessus du zéro absolu (-273,15°C) », a déclaré l’astrophysicien théoricien Dave Spergel à la BBC.

Ce qui est intéressant, c’est le « presque ».

« Les petites variations sont de l’ordre de 100 millièmes de degré d’un endroit à l’autre.

C’est ce qu’ils ont mesuré, car « quand on regarde le fond des micro-ondes, on en apprend davantage sur la géométrie de l’univers », explique celui connu pour ses travaux avec la sonde WMAP. de la NASA, lancé en 2001 avec pour mission d’étudier le ciel et de mesurer ces différences de température.

C’est l’une des nombreuses études qui ont permis de déterminer la forme de l’univers.

Mais comment les observations des particules de lumière du Big Bang peuvent-elles aider des astrophysiciens comme Carlos Frank, de l’Université de Durham, à décider de la forme de l’univers ?

«C’est la beauté de la science. Nous pouvons tirer des conclusions très, très importantes à partir de données très détaillées.

« Ces particules de lumière se sont propagées pendant des milliards d’années jusqu’à atteindre nos télescopes, en suivant toutes les courbures possibles.

En fonction de leur arrivée, nous savons comment s’est déroulé leur voyage.

Imaginez ces micro-ondes cosmiques comme deux rayons de lumière.

Dans un univers plat, ils resteront toujours parallèles.

Dans un univers sphérique, ils voyageront le long de la courbure de l’espace et finiront par se rencontrer.

Dans un univers hyperbolique, les rayons ne se croiseront jamais et seront de plus en plus séparés.

Et il s’avère qu’ils restent parallèles.

La première fois que la forme et le destin du cosmos ont été déduits avec certitude à partir d’observations, c’était en 2000, lorsqu’une équipe internationale d’astronomes d’Italie, du Royaume-Uni, des États-Unis, du Canada et de la France, connue sous le nom de collaboration Boomerang, a publié l’étude. résultats de leur étude.

« Je pense que c’est le moment dont nous allons nous souvenir dans les manuels scolaires où nous avons dit que notre univers est plat, que nous n’allons pas nous retrouver dans un grand effondrement, que nous n’avons pas une quantité finie d’espace. l’espace, le temps, qu’il s’étendra pour toujours », ont-ils déclaré.

Ces résultats ont ensuite été confirmés par les données collectées par la sonde WMAP de la NASA, par le vaisseau spatial Planck de l’Agence spatiale européenne et par des mesures effectuées avec le télescope cosmologique d’Atacama.

La preuve de la planéité de l’univers apparaît également dans les études sur la densité dite critique, qui indiquent qu’il se situe juste en dessous, ce qui signifie qu’il est plat et s’étendra indéfiniment.

Et une autre façon de trouver des preuves est d’utiliser la ligne isotrope : si elle est plate, elle se ressemble sous tous les angles. La recherche a révélé, avec une marge de précision de 0,2 %, que oui.

Néanmoins, nous ne pouvons pas exclure la possibilité que nous vivions dans un monde sphérique ou hyperbolique.

Bien que toutes les mesures soient prises, il est encore possible que ce qui nous est arrivé pendant des siècles avec la Terre : aux échelles que l’on pouvait observer, sa courbure était trop petite pour être détectée, on la croyait donc plate.

Plus une sphère ou une selle est grande, plus chaque petite partie de celle-ci est plate.

Il reste donc possible que, l’univers étant extrêmement immense, la partie que l’on peut observer soit si proche d’être plate que sa courbure ne puisse être détectée que par des instruments ultra-précis que nous n’avons pas encore inventés.

Cependant, à l’heure actuelle, tout semble indiquer que le cosmos est plat, en expansion et infini.

Ce qui est beau dans ce monde, c’est que les réponses soulèvent souvent davantage de questions… comment peut-il s’étendre s’il est infini ? et comment pourrait-il être infini s’il avait un commencement ?

On en reste là, de peur de n’avoir plus rien à penser.