L’univers est-il infini ?

Aujourd’hui, nous allons nous attaquer à une question vertigineuse : la taille de l’univers lui-même, et tenter d’en atteindre les bords.

Se demander à quel point l’univers est grand est une interrogation qui dépasse l’entendement. D’accord, c’est grand, mais grand comment ?

La taille de l’univers observable

Commençons par définir de quoi nous allons parler. Littéralement, de tout. Mais dans un premier temps, intéressons-nous à ce qu’il nous est possible de voir.

Il faut faire la distinction entre l’univers pris dans son ensemble et l’univers observable, qui est la partie actuellement visible de notre univers. Il comprend toutes les régions de l’espace dont la lumière a eu le temps de nous parvenir depuis sa naissance, depuis le Big Bang.

À l’intérieur de cette sphère centrée sur la Terre se trouve la totalité de l’univers visible. Aux bords de cette sphère se situent les choses les plus anciennes que l’on puisse observer, les parties de l’univers les plus éloignées dont la lumière a commencé à voyager vers nous peu de temps après que l’univers a commencé, il y a près de 13,7 milliards d’années.

Tout ce qui se trouve au-delà de cette limite, appelée l’horizon cosmologique, n’a pas encore eu le temps de nous faire parvenir sa lumière. Cet horizon indépassable est simplement la limite de notre vue actuelle, une frontière qui s’éloigne à mesure que l’univers vieillit.

Chaque seconde qui passe, notre univers observable s’agrandit d’une seconde-lumière, nous révélant un peu plus de l’univers pris en entier.

La taille réelle de l’univers visible

Mais quelle est la taille de l’univers visible ? À quelle distance les bords de cette sphère sont-ils de nous ?

Intuitivement, on pourrait penser que la taille de cette sphère est liée à l’âge de notre univers, et donc imaginer que les limites de ce que l’on peut voir sont à 13,7 milliards d’années-lumière.

Cependant, cette façon de penser suppose que l’univers est statique et que les distances entre les objets ne changent pas au cours du temps. Or, c’est loin d’être le cas.

Les objets les plus éloignés que nous avons pu observer, situés aux bords de cette sphère, sont en réalité à 46,5 milliards d’années-lumière de nous. Autrement dit, le rayon de notre univers observable est près de trois fois plus grand que ce que l’âge de l’univers pourrait laisser penser.

Si l’étendue de la bulle que nous pouvons voir est aujourd’hui si vaste, c’est parce que l’univers est, et a toujours été, en expansion. Et pas qu’un peu.

L’expansion de l’univers

Actuellement, les galaxies situées à 1 mégaparsec de nous s’éloignent à 70 kilomètres par seconde. Celles à 2 mégaparsecs s’éloignent à 140 kilomètres par seconde. Celles à 3 mégaparsecs, à 210 kilomètres par seconde. Et ainsi de suite.

Chaque mégaparsec ajoute 70 kilomètres par seconde à la vitesse à laquelle une galaxie s’éloigne de nous. De plus, par le passé, l’univers était en expansion beaucoup plus rapide qu’il ne l’est aujourd’hui.

C’est pourquoi notre univers visible, qui contient toute la lumière qui a eu le temps de nous parvenir depuis le Big Bang, fait aujourd’hui 93 milliards d’années-lumière de diamètre. C’est immense.

La lumière des confins de l’univers

On peut se demander comment des régions situées aussi loin peuvent être visibles si la lumière qui les a quittées il y a 13,7 milliards d’années n’a parcouru que 13,7 milliards d’années-lumière.

La raison est qu’au moment où la lumière qui nous parvient aujourd’hui a quitté ces objets, les galaxies qui se trouvent là étaient bien plus proches de nous qu’elles ne le sont actuellement. L’expansion de l’espace a étiré les distances.

Les vitesses supraluminiques apparentes

Cette expansion de l’espace a une autre conséquence déstabilisante. Passée une certaine distance, les galaxies de notre univers observable s’éloignent de nous à une vitesse supérieure à celle de la lumière.

Cela peut sembler contre-intuitif, car rien ne peut se déplacer plus vite que la lumière dans le vide. Mais il faut comprendre que cette vitesse n’est pas celle des objets se déplaçant dans l’espace, mais celle à laquelle ils s’éloignent de nous du fait de l’expansion de l’espace lui-même.

C’est l’espace entre les galaxies qui s’étire, comme un tissu élastique, entraînant avec lui tout ce qu’il contient.

L’horizon des événements cosmiques

Il existe une limite, appelée l’horizon des événements cosmiques, située à environ 16 milliards d’années-lumière de nous. Au-delà de cette frontière, tout ce qui s’y trouve est pour toujours hors de notre portée.

Même si nous disposions d’un vaisseau capable de voyager à la vitesse de la lumière, les objets situés au-delà de cette sphère ne pourront jamais être atteints ni observés tels qu’ils sont maintenant. Leur présent est et restera indétectable pour nous.

La lumière émise par ces objets ne pourra jamais nous parvenir, car l’espace entre nous s’étire plus rapidement que la vitesse à laquelle la lumière peut le traverser.

Le futur de notre ciel étoilé

Ainsi, la grande majorité des galaxies qui peuplent notre ciel aujourd’hui sont déjà passées derrière cet horizon des événements, et leur présent est perdu pour toujours.

Dans un univers en expansion, le ciel profond est amené, au cours des milliards d’années à venir, à se vider progressivement de toute lumière s’éloignant trop vite et trop loin.

De plus en plus de galaxies finiront par disparaître visuellement. À terme, ne seront plus visibles pour nous que les galaxies de notre groupe local, maintenues ensemble par la gravité, qui l’emporte sur l’expansion de l’univers à ces échelles.

La sphère de Hubble

Il existe une autre limite, appelée la sphère de Hubble, située à environ 14,3 milliards d’années-lumière de nous. C’est la distance au-delà de laquelle les galaxies commencent à s’éloigner de nous plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Fait surprenant, les galaxies situées entre la sphère de Hubble et l’horizon des événements cosmiques, bien qu’elles s’éloignent actuellement de nous à une vitesse supraluminique, pourront un jour être observées telles qu’elles sont aujourd’hui.

C’est parce que la sphère de Hubble s’agrandit avec le temps. Les photons émis par ces galaxies finiront par entrer dans cette sphère, où l’expansion de l’espace est moins rapide, permettant à la lumière de progresser vers nous.

La taille de l’univers en entier

Maintenant, qu’en est-il de la taille de l’univers dans son ensemble ?

Si nous pouvions nous rendre à l’horizon cosmologique, nous constaterions que l’univers continue au-delà, avec d’innombrables galaxies et étoiles. Chaque observateur a son propre univers observable, centré sur sa position.

Il est possible que l’univers soit beaucoup plus grand que ce que nous pouvons observer. Selon la courbure de l’espace, il pourrait être infini ou simplement extrêmement vaste.

Lorsque nous observons l’univers à très grande échelle, il semble plat. Si l’univers est parfaitement plat, alors il pourrait être infini.

Cependant, même une légère courbure, imperceptible à notre échelle, pourrait signifier que l’univers est fini, mais d’une taille colossale, peut-être 250 fois plus grand que l’univers observable, voire bien davantage.

Réflexion finale

Imaginer un univers possiblement infini dépasse notre compréhension. Même si l’univers était infini au moment du Big Bang, il était simplement plus dense qu’aujourd’hui.

Notre capacité à envisager de telles échelles montre à quel point l’esprit humain est remarquable.

Source : Balade Mentale