VOYAGE
VOYAGE AUX CONFINS DE L AUX CONFINS DE L ’ ’ UNIVERS UNIVERS
FFête de la Science 2005ête de la Science 2005
Suzy
Suzy Collin-ZahnCollin-Zahn LUTH, Observatoire de
LUTH, Observatoire de Paris-MeudonParis-Meudon
DECOUVRONS D
DECOUVRONS D’’ABORDABORD LES DISTANCES DANS
LES DISTANCES DANS LL’’UNIVERSUNIVERS
Quand on sort du systeme solaire, les distances sont mesurées en « années-lumière »: c’est la distance
parcourue par la lumière en une année.
A raison de 300 000 km/sec:
1 AL = 10 000 milliards de km = 1014 km
Les astronomes mesurent également les distances en se servant du parsec:
1 pc = 3 AL
La plus proche étoile est située à 3 années-lumière, La plus proche étoile est située à 3 années-lumière,
soit 10000 fois plus loin que les confins du Système solaire soit 10000 fois plus loin que les confins du Système solaire!
Voici notre Galaxie, la « Voie Lactée »
10 000 années-lumière
Voici le Soleil
La Voie Lactée
contient 200 milliards d’étoiles
La sœur jumelle de notre galaxie :
Andromède, se trouve à 2 millions
d’années- lumière
100 000 années-lumière
Les galaxies les plus proches de la nôtre
1 million d’années-lumière
C’est le « Groupe Local » de galaxies
10 millions d’années-lumière
Les galaxies commencent à se constituer en
« amas de galaxies »
1OO millions d’années-lumière
A cette échelle, on voit apparaitre les « super-amas »
1 milliard d’années-lumière
C’est l’Univers observable tout entier.
Il contient au moins un milliard de galaxies
L L ’ ’ Univers Univers est fait de grands vides et de filaments est fait de grands vides et de filaments formant une sorte de «
formant une sorte de « filet filet cosmique» cosmique»
qui s
qui s ’ ’ est formé après le est formé après le Big-Bang. Big-Bang .
Pour observer des galaxies très lointaines (à plus de 10 milliards d’années-lumière),
on utilise le télescope spatial de Hubble (HST)
Il nous permet de regarder très loin Il nous permet de regarder très loin
on voit alors partout des galaxies
on voit alors partout des galaxies
Mais on peut faire mieux maintenant, avec les très grands télescopes au sol : les 4 télescopes (VLT) de
l’ESO, au Chili, seront équivalents à un télescope ayant un miroir de 1000 mètres carrés
Pose de 140h avec le télescope spatial Hubble
Pose de 36h avec deux télescopes du VLT : il apparaît plus de galaxies
qu’avec le HST
»
Et tout cela est « en expansion »
L L ’ ’ EXPANSION DE L EXPANSION DE L ’ ’ UNIVERS UNIVERS
Hubble a découvert en 1933
que toutes les galaxies « fuient ».
Elles semblent s’éloigner plus vite lorsqu’elles sont plus loin de nous.
Il l’a fait
1. En mesurant les distances des galaxies c’est très difficile!
2. En mesurant les vitesses avec lesquelles elles s’éloignent de nous
Par exemple, en mesurant l’éclat apparent d’une étoile faisant partie d’une classe dont on connaît la
puissance réelle, et en se servant de la loi:
Comment mesure-t-on les distances des galaxies?
L’éclat apparent varie comme l’inverse du carré de la distance
De deux ampoules de m
De deux ampoules de même puissance, celle qui est située 10 ême puissance, celle qui est située 10 fois plus loin a un éclat 100 fois plus faible: on fois plus loin a un éclat 100 fois plus faible: on
peut donc déduire sa distance de son éclat.
peut donc déduire sa distance de son éclat.
Comment mesure-t-on les vitesses d’éloignement des galaxies?
La lumière est une onde Longueur d’onde
On connait les longueurs d’onde des raies spectrales (comme la raie « D » émise par une lampe à sodium)
Si une source de lumière s
Si une source de lumière s’é’éloigne de nous,loigne de nous, la longueur d
la longueur d’’onde des raies spectrales devient plusonde des raies spectrales devient plus grande.grande.
C C’’est le «est le « décalage vers le rougedécalage vers le rouge » », en Anglais,, en Anglais, le «le « redshiftredshift ».».
Source au repos
Source qui s’éloigne
Source qui se rapproche
Le m Le m ême phénomène est observé ême phénomène est observé avec les ondes sonores
avec les ondes sonores Lorsqu
Lorsqu ’ ’ une voiture passe devant vous en klaxonnant, une voiture passe devant vous en klaxonnant, le le son qu'elle émet est plus aigu
son qu'elle émet est plus aigu lorsqu'elle se rapproche lorsqu'elle se rapproche (sa longueur d
(sa longueur d’ ’ onde est plus petite) onde est plus petite) et devient plus grave
et devient plus grave lorsqu'elle s'éloigne lorsqu'elle s'éloigne (sa longueur d
(sa longueur d’ ’ onde est plus grande) onde est plus grande)
Pourtant, la voiture n'a pas changé de vitesse.
Pourtant, la voiture n'a pas changé de vitesse.
Cette variation du son émis s'explique par Cette variation du son émis s'explique par
l'effet
l'effet Doppler-Fizeau Doppler-Fizeau . .
Distance en Années-
lumière
Regardez
Regardez comment les comment les raies raies H et K H et K du du Calcium se Calcium se déplacent dans
déplacent dans le spectre de ces amas le spectre de ces amas de galaxies de galaxies
Vitesse de fuite
Connaissant leurs distances et leurs vitesses, on trouve que les galaxies semblent s’éloigner d’autant plus vite
qu’elles sont plus loin de nous
Vitesse de fuite des galaxies par rapport
a nous
Cela ne signifie pas que nous sommes au centre de l’Univers,
mais que l’Univers est en expansion
même distribution de galaxies
à deux instants
Quel que soit le point considéré, les galaxies semblent toujours s’en éloigner plus vite
lorsqu’elles sont plus loin
En fait, ce ne sont pas les galaxies qui fuient, En fait, ce ne sont pas les galaxies qui fuient,
C C ’ ’ est l est l ’ ’ Univers tout entier qui Univers tout entier qui s s ’ ’ expand expand : : Les longueurs d
Les longueurs d ’onde ’ onde grandissent grandissent car les ondes
car les ondes lumineuses sont « é lumineuses sont « étirées tirées » » par l
par l ’ ’ expansion de l expansion de l ’ ’ Univers, Univers,
d d ’ ’ autant plus qu autant plus qu ’ ’ elles viennent de plus loin elles viennent de plus loin . .
Il y a donc une limite au delà de laquelle Il y a donc une limite au delà de laquelle
nous ne pourrons jamais voir l
nous ne pourrons jamais voir l’’UniversUnivers
(crédit: Ludwig Celnikier)
Cela signifie aussi que l’Univers a commencé son expansion à un moment précis il y a environ 14
milliards d’années : c’est le « BIG BANG » LL’’Univers Univers devientdevient
plus grand à plus grand à mesure que le mesure que le
temps passe temps passe
Ces galaxies ont envoyé leur lumière il y a 13 milliards d’années.
Lorsque nous regardons loin dans l’espace, nous regardons aussi loin dans le passé,
juste après le Big Bang
Nous ne saurons jamais si elles existent encore.
L’Univers va-t-il continuer indéfiniment son expansion, ou bien se recontracter?
C’est une grande discussion actuellement !
Taille relative de l’Univers
0
Milliards d’années
On penche pour cette solution
