1.7 : L'univers à grande échelle

Dans un sens très grossier, vous pourriez considérer le système solaire comme votre maison ou votre appartement et la Galaxie comme votre ville, composée de nombreuses maisons et bâtiments. Au XXe siècle, les astronomes ont pu montrer que, tout comme notre monde est composé de très nombreuses villes, l'univers est composé d'un nombre énorme de galaxies. (Nous définissons l'univers comme étant tout ce qui existe et qui est accessible à nos observations.) Les galaxies s'étendent dans l'espace aussi loin que nos télescopes peuvent le voir, et des milliards d'entre elles sont à la portée des instruments modernes. Quand ils ont été découverts pour la première fois, certains astronomes appelaient les galaxies des univers insulaires, et le terme est bien descriptif ; les galaxies ressemblent à des îles d'étoiles dans les vastes mers sombres de l'espace intergalactique.

La galaxie la plus proche, découverte en 1993, est une petite galaxie située à 75 000 années-lumière du Soleil en direction de la constellation du Sagittaire, où le smog de notre galaxie la rend particulièrement difficile à discerner. (Il convient de noter qu'une constellation est l'une des 88 sections en lesquelles les astronomes divisent le ciel, chacune étant nommée d'après un motif d'étoiles proéminent à l'intérieur de celui-ci.) Au-delà de cette galaxie naine du Sagittaire se trouvent deux autres petites galaxies situées à environ 160 000 années-lumière. Enregistrés pour la première fois par l'équipage de Magellan alors qu'il naviguait autour du monde, ces nuages sont appelés les nuages de Magellan (Figure\(\PageIndex{1}\)). Ces trois petites galaxies sont des satellites de la Voie lactée et interagissent avec elle par la force de gravité. En fin de compte, les trois pourraient même être avalées par notre galaxie beaucoup plus grande, comme d'autres petites galaxies l'ont été au cours du temps cosmique.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Cette image montre à la fois le grand nuage de Magellan et le petit nuage de Magellan au-dessus des télescopes du grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA) dans le désert d'Atacama, au nord du Chili.

La grande galaxie la plus proche est une spirale assez similaire à la nôtre, située dans la constellation d'Andromède, et est donc appelée galaxie d'Andromède ; elle est également connue sous l'un de ses numéros de catalogue, M31 (Figure\(\PageIndex{2}\)). M31 se trouve à un peu plus de 2 millions d'années-lumière et, avec la Voie lactée, fait partie d'un petit amas de plus de 50 galaxies appelé le groupe local.

Figure\(\PageIndex{2}\) : La galaxie d'Andromède (M31) est une collection d'étoiles en forme de spirale similaire à notre Voie lactée.

À des distances de 10 à 15 millions d'années-lumière, nous trouvons d'autres petits groupes de galaxies, puis à environ 50 millions d'années-lumière, il existe des systèmes plus impressionnants comptant des milliers de galaxies membres. Nous avons découvert que les galaxies se trouvent principalement dans des amas, grands et petits (Figure\(\PageIndex{3}\)).

Figure\(\PageIndex{3}\) : Certains clusters eux-mêmes forment des groupes plus importants appelés superclusters. Le groupe local fait partie d'un superamas de galaxies, appelé superamas de la Vierge, qui s'étend sur un diamètre de 110 millions d'années-lumière. Nous commençons tout juste à explorer la structure de l'univers à ces énormes échelles et nous découvrons déjà des découvertes inattendues.

À des distances encore plus grandes, là où de nombreuses galaxies ordinaires sont trop sombres pour être vues, nous trouvons des quasars. Ce sont des centres de galaxies brillants qui brillent à la lumière d'un processus extraordinairement énergétique. L'énorme énergie des quasars est produite par du gaz qui est chauffé à une température de plusieurs millions de degrés lorsqu'il tombe vers un énorme trou noir et tourbillonne autour de celui-ci. La brillance des quasars en fait les balises les plus éloignées que l'on puisse voir dans les sombres océans de l'espace. Ils nous permettent de sonder l'univers à 10 milliards d'années-lumière ou plus, et donc à 10 milliards d'années ou plus dans le passé.

Avec les quasars, nous pouvons observer de très près l'explosion du Big Bang qui marque la fin des temps. Au-delà des quasars et des galaxies visibles les plus éloignées, nous avons détecté la faible lueur de l'explosion elle-même, qui envahit l'univers et nous parvient ainsi de toutes les directions de l'espace. La découverte de cette « lueur de la création » est considérée comme l'un des événements les plus marquants de la science du XXe siècle, et nous explorons toujours les nombreuses choses qu'elle a à nous apprendre sur les premiers temps de l'univers.

Les mesures des propriétés des galaxies et des quasars dans des régions éloignées nécessitent de grands télescopes, des dispositifs d'amplification de la lumière sophistiqués et un travail minutieux. Chaque nuit claire, dans les observatoires du monde entier, des astronomes et des étudiants travaillent sur des mystères tels que la naissance de nouvelles étoiles et la structure à grande échelle de l'univers, en intégrant leurs résultats à la tapisserie de notre compréhension.