Au-delà de notre système solaire

Texte de l'épisode

Si les années lumières t’ont donné le tournis, je te préviens que ce que je vais te décrire maintenant va te faire sentir encore plus petit.

Je te propose de changer de décors.

Quittons la colline, et télé-portons-nous sur une plage isolée, couverte de sable fin, une nuit où la mer est calme.

Assieds-toi dans ce sable doux.

D’ici le spectacle est doublement saisissant, Au-dessus de toi le dôme étoilé barré par la Voie Lactée et, à la surface de l’eau calme, le reflet diffus qui crée une lueur fantomatique.

Imagine plonger ta main dans le sable sec. Sous une surface à température ambiante, il est encore un peu tiède quelque centimètres au-dessous.

Prends-en une poignée et ouvre ta main pour laisser les grains s’écouler entre tes doigts.

Pendant que tu te détends à faire ça, dans ce nouveau décors si agréable, je vais te parler des galaxies.

Galaxies

Lorsque l’on quitte le système solaire, dépassant le nuage d’Oort qui nous entoure, malgré le rayon gigantesque d’une année lumière et demi, nous n’avons parcouru qu’une distance très négligeable à l’échelle du cosmos.

Car le système solaire n’est qu’un élément de notre galaxie, le soleil n’est que l’une des 200 milliards d’étoiles de la Voie Lactée. Si tu veux les compter une par une, à raison d’une seconde par étoile, il te faudrait plus de 6300 ans pour le faire.

C’est tellement grand comme chiffre que nous allons ensemble, mentalement, devoir faire une maquette pour ramener tout ça à une échelle un peu plus compréhensible…

Lorsque tu prends une poignée de sable, tu as dans la main environ 500 000 de ses grains. Prends donc une poignée de sable dans chaque main, tu es millionnaire… en grains de sable.

Avec un cube d’un mètre de côté fait avec du sable de plage, on réunit 100 milliards de grains de sable.

La voie lactée, avec 200 milliards d’étoiles, c’est donc 2 cubes de sable. La galaxie d’Andromède, la plus proche de nous avec son billion d’étoiles (1000 milliards) c’est 10 cubes de sable.

L’univers, quand à lui, est composé d’autant d’étoiles que de grains de sables sur le milliard de kilomètres de côtes présentes sur Terre.

Mais c’est quoi une galaxie en fait ?

Une galaxie est un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières gravitant autour d’un centre hyper massif. Mais c’est surtout beaucoup, beaucoup de vide entre chacun des éléments, comme le reste de l'univers d’ailleurs.

Si l’on voulait créer une maquette de notre galaxie avec les grains de sable (0.05mm) représentant chacun la taille d’une étoile moyenne comme notre soleil,

Neptune se trouverait à 33cm de notre étoile- grain de sable,
la ceinture de Kuiper, qui contient pluton, serait à 1m de distance.
le nuage d’Oort représente alors une sphère creuse allant de 100m à 500m de diamètre
Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Soleil serait un autre grain de sable situé à 1,4km du premier. (Si tu es toujours assis dans le sable, c’est à peu près la moitié de la distance entre toi et l’horizon.)

Entre notre système solaire et celui de proxima du centaure, c’est le vide interstellaire, le vide entre les étoiles. Quelques particules par mètre cube tout au plus.

Cela fait beaucoup de vide.

Nos 2m3 de sable devraient alors être répartis, si l’on voulait créer une maquette de la voie lactée à l’échelle, sur un disque de diamètre de 36000 kilomètres.

C’est 3 fois le diamètre de la Terre.

C’est grand, c’est très très grand tout ça.

Et ce n’est qu’une seule galaxie.

La galaxie d’Andromède serait, toujours à cette échelle, à une distance égale à 21 fois le diamètre de la Terre.

Tu te sens pas tout petit ?

Cela remet en perspective les choses, non ?

Carl Sagan est un astronome américain, surtout connu pour ses œuvres de vulgarisation scientifique et aussi pour son soutien au SETI, qui cherche des signaux extraterrestres.

Il commenta une photo prise en 1990 par la sonde Voyager 1, alors qu’elle se trouvait à plus de 6 milliards de kilomètres de la Terre, au-delà de l’orbite de Neptune. Tu le sais maintenant, c’est encore très près de chez nous

On y voit un petit point bleu pâle au milieu de raies du soleil sur l’objectif de la sonde.

« Regardez ce point. C’est ici. C’est notre foyer. C’est nous. Dessus se trouvent tous ceux que vous aimez, tous ceux que vous connaissez, tous ceux dont vous avez jamais entendu parler, tous les êtres humains qui aient jamais vécu. La somme de nos joies et de nos souffrances. Des milliers de religions, d’idéologies et de doctrines économiques remplies de certitudes. Tous les chasseurs et cueilleurs, tous les héros et tous les lâches, tous les créateurs et destructeurs de civilisations. Tous les rois et paysans, tous les jeunes couples d’amoureux, tous les pères, mères, enfants remplis d’espoir, inventeurs et explorateurs. Tous les moralisateurs, tous les politiciens corrompus, toutes les “superstars”, tous les “guides suprêmes”, tous les saints et pécheurs de l’histoire de notre espèce ont vécu ici… Sur ce grain de poussière suspendu dans un rayon de soleil.

[...]

On dit que l’astronomie incite à l’humilité et forge le caractère. Il n’y a peut-être pas de meilleure démonstration de la vanité humaine que cette lointaine image. Pour moi, cela souligne notre responsabilité de cohabiter plus fraternellement les uns avec les autres, et de préserver et chérir le point bleu pâle, la seule maison que nous ayons jamais connue. »

Principes orbitaux des galaxies

D’ailleurs, pourquoi il y a des galaxies ?

On ne sait pas exactement ce qui fait que les galaxies forment des ensembles cohérents. Car la gravité seule ne semble pas suffisante pour expliquer ce qui retient toutes ces étoiles entre elles.

Souvent, comme pour la voie lactée, il y a au centre un trou noir géant qui, comme le soleil au centre de notre système, entraîne autour de lui les étoiles dans une danse orbitale gigantesque. Je te reparlerai plus tard des trous noirs, ces monstres cosmiques qui repoussent les limites de la physique.

Mais il y a quelque chose de surprenant dans la façon qu’ont les étoiles d’orbiter le trou noir de notre galaxie.

La vitesse des étoiles et du gaz ne respecte pas exactement ce que l’on a observé pour les orbites des satellites autour de la Terre.

Ce principe orbital a un nom : les lois de Kepler.

Elles dictent entre autre, que la vitesse d’une planète sur son orbite est inversement proportionnelle à sa distance au centre, un résultat qui est toujours vrai dans un système dominé par un corps central comme la Terre, ou le Soleil.

C’est ce qu’on avait observé avec les satelittes qui tournaient de moins en moins vite au fur et à mesure que l’on s’éloignait de la Terre.

Ce principe devrait se généraliser une galaxie, surtout lorsqu’il y a un trou noir au centre et qui serait la cause de la rotation. Mais ce n’est pas le cas.

Si au plus proche du trou noir, il est attendu que la gravité ait des propriétés étranges, le gaz à l’extérieur de la galaxie peut normalement être considéré en orbite classique autour d’un corps central et devrait donc suivre une loi similaire à celle qui régit la vitesse des planètes du système solaire.

Des observations à l’aide de puissants radiotélescopes commencèrent et les premiers résultats furent publiés à la fin des années 1970.

Les résultats furent surprenants. Les courbes de rotation ne chutaient pas à l’extérieur des galaxies mais restaient obstinément plates : La vitesse des éléments restait constante au lieu de diminuer. Comme si quelque-chose d’invisible rendait l’ensemble rigide, au lieu qu’il soit composé de corpuscules indépendants.

Ceci implique aussi que la matière des galaxies s’étendrait bien au-delà des limites visibles. Chaque galaxie devait être entourée d’un halo de matière invisible, dont la masse devait être plusieurs fois supérieure à celle de la partie visible.

###Matière noire

Il existe donc de la matière de l’Univers qui nous est cachée. On lui a donné le nom de matière noire, mais elle n’est pas sombre, elle ne cache rien, elle est juste complètement indétectable.
Mais les calculs semblent indiquer qu’elle composerait 80% de la masse de l’Univers.

Comment sait-on qu’elle est bien réelle ? On en observe ses effets.

De la même manière que Kepler a pu décrire mathématiquement les orbites sans comprendre la gravité, que Newton a pu expliquer les prédictions de Kepler avec la gravité sans comprendre ce qui en est la cause, avec la matière noire, et uniquement avec elle, nous pouvons construire un modèle orbital des galaxies qui fonctionne sans savoir de quoi elle est faite ni ce qui l’a créée.

On sait en revanche ce qu’elle n’est pas.
La matière noire n’est pas de l’antimatière.

L’antimatière, malgré son nom très science-fiction existe vraiment et n’est simplement que de la matière dont les éléments sont de charge inversée. Les protons sont de charge négative et les électrons de charge positive au lieu de l’inverse dans la matière dite conventionnelle.
Si de l'antimatière et de la matière d'un même élément chimique se rencontrent, ils transforment leur masse en énergie pure et disparaissent.

On sait créer et détecter cette antimatière. Mais ce n'est pas le cas de la matière noire.

Tu es probablement intrigué et espére que puisse vous en dire plus sur cette matière noire, mais je ne peux pas. À l'heure actuelle, personne ne le peut, même les plus grands scientifiques ignorent ses propriétés. On sait juste qu'elle est là, qu’elle serait très peu dense et répartie dans tout l’univers, car on en détecte les effets mais c’est à peu près tout.

Sans elle, il n'y aurait pas de galaxies ni d'amas de galaxie

Avec la gravité qui attire les éléments les uns vers les autres et d'un autre côté l'expansion de l'univers qui les éloignent, n'imaginez pas un univers avec des galaxies bien réparties dans l'immensité de notre réalité.

Les galaxies sont regroupées en groupes ou amas, comme des poches, des bulles sans frontière physique où la matière se regroupe.

Souvent, les groupes et amas eux même s'attirent et gravitent en groupe.

C'est ce que l'on appelle un super amas. Et c'est notamment ce comportement qui ne devrait être possible sans la matière noire, qui agit comme un liant, une colle qui force cette cohésion dans l'univers.

Notre adresse est donc : Terre, système solaire, voie lactée, groupe local, super amas de la vierge…

Et c'est tout.

Au dessus de ces super amas, la prochaine échelle de taille, c'est l'univers lui-même.

Univers observable, univers visible,

Qu'est ce que l'on sait de l'univers ? L'a-t-on cartographié entièrement ? Est-ce qu'on pourra le faire un jour ?

Tu sais déjà que ce que tu voies dans le ciel, c’est une collection d’image d’étoiles il y a plus ou moins longtemps.

Est-ce qu’il existe une limite, une fin ?

Il y a bien une distance, donc un moment passé lequel nous ne pouvons plus remonter dans le temps.

Comme je te l’ai déjà dit, l’univers n’a pas toujours été là.

Il est né il y a 13.7 milliards d’années suite à un évènement que l’on appelle Big Bang. On ne sait toujours pas ce qui a produit cette explosion.

Lorsque l’on regarde au loin, on voit que plus les étoiles et les galaxies sont éloignées, plus elles s’éloignent vite de nous. La longueur d’onde de leur rayonnement est systématiquement plus grande, car, à la manière d’une sirène qui s’éloigne, chaque vague de l’onde est étirée à cause de la vitesse. C’est le red-shift.

Elle viendraient vers nous, les ondes seraient au contraire comprimées, auraient des longueurs d’onde plus courtes.

Cela veut dire que si l’on remonte le cours du temps, tout tenait en un seul et unique point d’où tout est parti.

Il y a donc tout autour de nous une sphère de 13.7 milliards d’années-lumières de rayon qui représente un horizon d’observation absolument infranchissable. Nous ne pourrons jamais voir plus loin que cette limite, car plus loin, c’est plus tôt, et plus tôt, il n’y avait rien.

Mais on sait que les étoiles ne sont pas restées immobiles pendant tout ce temps, pour la majorité d’entre elles, elles se sont éloignées. Même si certaines ont disparu depuis, on peut calculer leur position théorique.

Le diamètre de l'Univers observable est estimé à environ 93 milliards d'années-lumière. C’est plus de 3 fois la taille de la sphère d’observation directe. L’univers s’étend donc à une vitesse impressionnante.

Mais si nous sommes au centre de cette sphère, est-ce que cela veut dire que nous sommes au centre de l’Univers? Est-ce que le big bang a eu lieu à l’endroit où se situe la Terre ? Absolument pas.
La Terre, Le Soleil, La Voie Lactée, Andromèdre, tout est autant centre de l’Univers. En fait, tout corps céleste peut être considéré comme un centre de l’Univers. Ou plutôt, rien ne l’est.

Cela va être compliqué à imaginer, mais en réalité, tout point dans l’Univers est soumis à la même illusion d’optique. L’univers ne s’étend pas depuis un point mais il s’étend tout court.

L’univers n’a pas de bord, de fin, à proprement parler. Il est infini.

L’infini

Notre esprit n’est pas fait pour comprendre l’infini. Quand je te dis infini, tu imagines probablement juste très très très grand. Mais non, c’est une infinité plus grand encore.

C’est tellement grand l’infini que parfois ça devient absurde :

Imaginons que tu soies maître d'hôtel dans un établissement disposant d’un nombre infini de chambres. Toutes les chambres sont actuellement occupées et elles le sont pour une durée infinie.
Un client potentiel se présente à toi et te demande s’il est possible de dormir dans ton charmant hotel.

Si tu réponds que ce n’est pas possible pour lui de venir, c’est à cause de la limite que s’impose naturellement ton esprit. La réponse serait juste si on parlait d’un établissement avec 10 000 chambres ou même 10 millions de milliards de chambres.

Mais cet hôtel est infini, réellement et mathématiquement infini.
Cela veut dire que malgré toutes les chambres occupées, tu peux loger un individu de plus.

Comment ?
Pour la prochaine nuit, tu lui donnes la chambre 1, par exemple.
L’ancien occupant de cette chambre va aller dans la chambre 2, forçant son occupant à déménager à la chambre 3, forçant son occupant à aller dans la chambre 4 et ainsi de suite.

ça fait une infinité de déménagements, mais l’infini +1… c’est toujours l’infini. et une infinité de chambre peut accueillir une infinité de clients.

Si tu veux t’imaginer l’infinité de l’univers plus simplement, sache qu’il existe une théorie, assez controversée, selon laquelle si l’on voyage suffisamment longtemps dans une direction, on finit par rejoindre son point de départ.
(Mais tout cela fonctionnerait tout autant s’il était infini, hein, c’est juste plus facile à visualiser pour nos esprits limités)

Comme sur la surface de la Terre en un sens. Tu peux aller tout droit sans jamais atteindre le bout de la terre.
Imaginons que tu sois un être qui ne connait que 2 dimensions, l’infinité d’une sphère serait un concept absolument impossible à s’approprier.

Sauf que tu le sais, le bout du monde n’existe pas. Et ce, même si la Terre a une taille définie.

C’est en un sens la raison pour laquelle il n’y a pas fin, et donc pas de centre d’expansion de l’univers.

Et de la même manière que lorsque tu gonfles un ballon, il n’y a pas un point à la surface du ballon qui en est le centre, mais d’où que tu prennes ton référentiel, les points autour s’en éloignent.

L’univers s’analyse lui-même

L’Univers semble parfois si peu intuitif dans son fonctionnement.

Des distances entre les astres jusqu’à sa taille infinie en passant par les durées qui dépassent nos capacités intellectuelles... nous ne sommes pas faits pour le comprendre intuitivement.

Mais depuis toujours notre espèce a su s’équiper d’outils.

Comme le cailloux par exemple, l’outil originel, nous permettant de faire ce que nos mains ne pourront jamais faire seules.

L’humanité a su se construire une collection outils intellectuels, qui nous a permis de donner un sens, une logique, const ruire des modèles et ainsi dépasser les limites de notre propre compréhension.

Cette boite à outil, la science, création abstraite imaginée par des êtres composés de poussière d’étoile, c’est en un sens l’Univers qui a créé de quoi s’analyser et se comprendre lui-même.

Je sais pas toi, mais moi quand j’y pense, je trouve cela au moins aussi incroyable que l’Univers lui-même.

Une co-production de

Phil_Goud : Texte et narration
Redscape : Mise en musique et mixage

Générique : “Euphotic” Carbon Based Lifeforms (Interloper) 2010 Ultimae Records, 2015 Blood Music (remastered)
Voix du générique : Karine
Voix de Carl Sagan : [Quenton] (https://twitter.com/Quenton)

Crédits musiques

“Derelicts feat. Ester Nannmark” Carbon Based Lifeforms (Derelicts) 2017 Blood Music
“Be Life (James Murray Remix)” Anne Garner (Be Life Relived) 2016 Slowcraft Records
“Travel To A Human Heart” Strom Noir (Travel To A Human Heart) 2014 Sacred Phrases
“Nocturne 1” Ben Lukas Boysen (Gravity) 2014 Ad Noiseam
“Nocturne 2” Ben Lukas Boysen (Gravity) 2014 Ad Noiseam

Les artistes

Carbon Based Lifeforms : https://www.carbonbasedlifeforms.net/
Anne Garner : http://annegarner.com/
Strom Noir : http://stromnoir.blogspot.com/ - https://stromnoir.bandcamp.com/
Ben Lukas Boysen : https://benlukasboysen.com/

Crédit image

Greg Rakozy https://unsplash.com/photos/0LU4vO5iFpM