L’Univers “observable”

Où sommes nous ?

L’Univers observable est un terme utilisé en cosmologie pour décrire la partie visible de notre Univers. Par définition, c’est une boule dont la limite est située à l’horizon cosmologique, et dont la Terre constitue le centre. C’est donc une notion relative, et d’autres observateurs situés ailleurs dans l’Univers n’auront pas la même boule observable (mais son rayon sera le même).

Du fait que notre Univers ait un âge fini, 13,8 milliards d’années, la lumière des objets célestes situés au-delà de l’horizon n’a pas eu le temps de parvenir jusqu’à nous et ces objets sont donc invisibles ; néanmoins, l’Univers observable s’agrandit par nature au cours du temps : le rayon de l’Univers visible est ainsi une seconde-lumière plus grand chaque seconde ou de manière équivalente une année-lumière plus grand chaque année, et même plus en tenant compte de l’expansion de l’Univers.

Les objets les plus éloignés de l’Univers observable sont également ceux qui peuvent être observés dans leur état le plus primordial, le plus proche du Big Bang, car ce sont ceux dont la lumière a mis le plus de temps à parvenir à l’observateur. Ils sont également perçus avec un décalage vers le rouge d’autant plus grand que l’objet est éloigné.

Le fond diffus cosmologique

Le fond diffus cosmologique ou FDC (en anglais, Cosmic Microwave Background ou CMB) est le nom donné à un rayonnement électromagnétique très homogène observé dans toutes les directions du ciel et dont le pic d’émission est situé dans le domaine des micro-ondes (microwaves). Anticipé dès 1948 et découvert par hasard en 1964, ce phénomène physique permet à la communauté scientifique de départager les différents modèles cosmologiques, notamment en abandonnant les modèles fondés sur le principe cosmologique parfait et en donnant la priorité aux modèles basés sur l’idée de Big Bang, qui prédisent l’émission d’un tel rayonnement thermique à l’époque de l’Univers primordial.

Selon le modèle standard de la cosmologie, ce rayonnement fossile a été émis environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l’Univers observable était à la fois beaucoup plus petit, dense et chaud. Dilué et refroidi par l’expansion de l’Univers, il possède désormais une température moyenne très basse, de l’ordre de 3 kelvins (K). Le fond diffus cosmologique est très étudié depuis sa découverte pour deux raisons : il correspond à la plus vieille image électromagnétique qu’il est possible d’obtenir de l’Univers et il présente d’infimes variations de température et d’intensité selon la direction observée, anisotropies détaillées depuis le début des années 1990 qui permettent de recueillir quantité d’informations sur la structure, l’âge et l’évolution de l’Univers.

Crédit: NASA / WMAP Science Team WMAP # 121238 Image Caption Image WMAP de 9 ans du rayonnement cosmique de fond (2012)

CMB Images IMAGES> CMB IMAGES> NINE ANS MICROWAVE SKY

Le détail de l’univers infantile créé à partir de neuf ans de données WMAP.

L’image révèle des fluctuations de température vieilles de 13,77 milliards d’années (représentées par des différences de couleur) qui correspondent aux graines qui ont grandi pour devenir les galaxies. Le signal de notre galaxie a été soustrait en utilisant les données multi-fréquences. Cette image montre une plage de température de ± 200 microKelvin.

Image de la polarisation de la poussière interstellaire (ESA/collaboration Planck)

Image de la polarisation de la poussière interstellaire. Les couleurs indiquent l’intensité de l’émission. La texture de l’image reflète la polarisation de l’émission. Là où elle est régulière, elle montre l’orientation du champ magnétique. Ailleurs l’information représentée sur l’image est plus complexe à analyser. Les motifs irréguliers sont associés à des changements de la direction du champ magnétique.
Ces nouvelles données ont permis de déterminer de façon précise le contenu matériel de l’Univers :

  • 4,9% de son énergie aujourd’hui est composé de matière ordinaire,
  • 25,9% de matière noire, dont la nature reste inconnue,
  • 69,2% d’une autre forme d’énergie, distincte de la matière noire et dont la nature précise est plus mystérieuse.

On sait également mieux déterminer l’époque de la naissance des premières étoiles, qui est désormais estimé aux alentours de 550 millions d’années après le Big Bang. Enfin, grâce à ces données d’une très grande précision, les chercheurs ont pu évaluer le taux actuel d’expansion de l’espace, ce qui conduit à estimer l’âge de l’Univers à 13,77 milliards d’années.