Sciences · Astronomie et espace
L’Univers observable
L’Univers observable est la partie de l’Univers dont la lumière a eu le temps de nous parvenir depuis le Big Bang. C’est une sphère centrée sur la Terre d’environ 46 milliards d’années-lumière de rayon.
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On ne peut pas voir tout l’Univers. La lumière voyage à une vitesse finie, et l’Univers a un âge fini, 13,8 milliards d’années : il existe donc un horizon au-delà duquel aucun signal n’a encore eu le temps de nous atteindre. Ce qui se trouve en deçà de cet horizon forme l’Univers observable. Le reste existe très probablement, mais nous est, pour l’instant, inaccessible.
Quelle est la taille de l’Univers observable ?
| Grandeur | Valeur |
|---|---|
| Âge de l’Univers | 13,8 milliards d’années |
| Rayon de l’Univers observable | environ 46 milliards d’années-lumière |
| Diamètre | environ 93 milliards d’années-lumière, soit environ 8,8 × 10²³ km |
| Nombre de galaxies | de l’ordre de quelques centaines de milliards à environ deux mille milliards selon les estimations |
| Nombre d’étoiles | de l’ordre de 10²² à 10²⁴ |
| Masse de matière ordinaire | de l’ordre de 10⁵³ kg |
Pourquoi 46 milliards et pas 13,8 milliards d’années-lumière ?
Si l’Univers était statique, l’horizon se trouverait à 13,8 milliards d'années-lumière. Mais l’espace s’étend : pendant que la lumière des objets les plus anciens voyageait vers nous, ces objets se sont éloignés. La lumière émise peu après le Big Bang a voyagé 13,8 milliards d’années, mais la matière qui l’a émise se trouve aujourd’hui à environ 46 milliards d’années-lumière. Ce mécanisme est détaillé dans la fiche expansion de l’Univers.
Les galaxies lointaines ne violent pas pour autant la relativité : ce n’est pas un mouvement à travers l’espace, mais un étirement de l’espace lui-même, qui peut éloigner des régions plus vite que la lumière.
Sommes-nous au centre de l’Univers ?
Nous sommes au centre de notre Univers observable, mais pas de l’Univers. Chaque observateur, où qu’il soit, est au centre de sa propre sphère observable, comme un marin en pleine mer est au centre de son horizon. Rien n’indique que la Terre occupe une position particulière ; c’est le principe cosmologique, selon lequel l’Univers est, à grande échelle, le même partout et dans toutes les directions.
Le mur de la lumière la plus ancienne
En regardant de plus en plus loin, on remonte le temps. Mais on ne peut pas voir directement jusqu’au Big Bang avec la lumière :
- Pendant ses 380 000 premières années, l’Univers était un plasma chaud et opaque, où la lumière ne pouvait pas circuler librement.
- Vers 380 000 ans, en se refroidissant vers 3 000 °C, les électrons se sont liés aux noyaux pour former des atomes : l’Univers est devenu transparent. La lumière libérée à ce moment nous parvient aujourd’hui sous forme de micro-ondes : c’est le fond diffus cosmologique, découvert en 1965, l’une des preuves du Big Bang.
Ce rayonnement constitue la plus ancienne lumière observable, une sorte de « surface » derrière laquelle on ne peut rien voir. Les neutrinos et les ondes gravitationnelles primordiales pourraient en principe nous renseigner sur des époques encore plus anciennes.
Que contient l’Univers observable ?
Une structure en toile
À grande échelle, la matière n’est pas répartie uniformément. Elle forme une toile cosmique :
- des filaments de galaxies longs de centaines de millions d’années-lumière ;
- des amas et superamas aux nœuds de la toile ; notre Voie lactée fait partie du Groupe local, lui-même inclus dans le superamas de la Vierge, au sein d’une structure plus vaste nommée Laniakea, décrite en 2014 ;
- d’immenses vides presque dépourvus de galaxies.
Une matière en majorité invisible
Selon le modèle cosmologique standard, la matière ordinaire (étoiles, gaz, planètes, nous) ne représente qu’environ 5 % du contenu énergétique de l’Univers. Le reste est composé d’environ 27 % de matière noire, qui n’émet pas de lumière, et d’environ 68 % d’énergie noire, responsable de l’accélération de l’expansion.
L’Univers observable va-t-il grandir ?
Oui et non. L’horizon recule avec le temps, puisque la lumière continue d’arriver : chaque année, nous recevons des signaux venus d’un peu plus loin. Mais à cause de l’accélération de l’expansion, les galaxies les plus lointaines s’éloignent de plus en plus vite. À très long terme, dans des dizaines de milliards d’années, toutes les galaxies extérieures à notre groupe local finiront par disparaître de notre vue. Un astronome du futur lointain ne verrait plus que sa propre galaxie, fusionnée avec ses voisines.
Qu’y a-t-il au-delà ?
On ne peut pas observer au-delà de l’horizon, par définition. Mais les mesures du fond diffus cosmologique montrent que l’Univers est très proche d’une géométrie plate, ce qui suggère qu’il est beaucoup plus grand que la partie observable, peut-être infini. Rien n’indique un « bord » ou un changement de nature au-delà de l’horizon : l’Univers non observable ressemble très probablement à celui que nous voyons. La question de savoir s’il est fini ou infini reste ouverte.
Questions fréquentes
Quelle est la taille de l’Univers ?
On ne la connaît pas. L’Univers observable mesure environ 93 milliards d’années-lumière de diamètre, mais l’Univers entier est au moins bien plus grand, et peut-être infini.
L’Univers a-t-il un centre ?
Non. Le Big Bang n’est pas une explosion à partir d’un point de l’espace, mais l’expansion de tout l’espace à la fois. Tous les points s’éloignent les uns des autres, aucun n’est le centre.
Combien y a-t-il de galaxies dans l’Univers observable ?
Les estimations varient de quelques centaines de milliards à environ deux mille milliards, selon le nombre de petites galaxies peu lumineuses pris en compte. Le chiffre de deux mille milliards, publié en 2016, a été revu à la baisse par des mesures plus récentes.