Univers observable

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Voir l'article Univers pour un point de vue générale de l'univers.

L'univers observable est un terme utilisé en cosmologie pour décrire l'extension spatiale maximale de l'univers, telle qu'elle est calculée à partir du rayon de courbure de l'espace-temps, et d'autres standards astrophysiques comme la distribution des quasars. ^[1] ^[2]

Les articles relatifs à la cosmologie, aussi bien populaires que professionnels, utilisent le terme "univers" en lieu et place "d'univers observable". La raison en est que les phénomènes physiques non observables sont scientifiquement non pertinents; c'est-à-dire qu'ils ne peuvent affecter aucun événement que nous pourrions percevoir et n'ont donc aucune causalité sur l'univers observable. Ils ne peuvent pas également être mesurés, et donc les hypothèses concernant des parties de l'univers qui ne sont pas observables peuvent être ignorées.

[modifier] Taille de l'univers observable

Au sens d'une distance comobile échelonnée suivant les conditions actuelles, l'univers possède un rayon de 13,7 milliards d'années-lumière.Toutefois, l'espace lui-même peut avoir un mouvement d'expansion plus rapide que la vitesse de la lumière, rendant ainsi plus importante la taille physique de l'univers. Ceci se produit quand l'espace augmente tandis qu'un photon est en transit, par conséquent le photon doit traverser une distance appropriée qui est plus grande que la distance d'Hubble, ou le bord traditionnellement défini de l'univers observable^[3].

Il existe toutefois des désaccords concernant la taille exacte de l'univers observable : une étude du fond cosmologique par WMAP en mai 2004 montre que le rayon de l'univers est d'au moins 78 milliards d'années-lumière, alors qu'une publication dans la revue spécialisée Scientific American de mars 2005^[4] parle de 46 milliards d'années-lumière dans toutes les directions. L'ambiguïté de la taille est dépendante des modèles détaillés de la loi de Hubble, tout particulièrement celui de la nature non linéaire de la matière noire, composante de l'univers qui accélèrerait son expansion.

En pratique, nous ne pouvons observer que les objets que jusqu'au fond diffus cosmologique, 300 000 années après le Big bang, quand l'univers s'était assez refroidi pour permettre aux électrons de se joindre aux noyaux atomiques, ce qui amena un arrêt à l'effet Compton des photons ambiants, impliquant ainsi que les photons pouvaient survivre assez longtemps pour atteindre la Terre. Toutefois il est possible d'extraire des informations d'avant cette époque grâce à la detection des ondes gravitationnelles.

[modifier] Contenu de l'univers observable

L'univers observable contient environ 5 × 10²² étoiles, organisées en environ 80 milliards de galaxies, qui elles-mêmes forment des amas de galaxies et des superamas de galaxies.

De simples calculs nous donnent le nombre d'atomes de l'univers observable, qui serait situé entre 1.7×10⁷⁷(1) et 4×10⁷⁹ (2).

1 - L'horizon de la taille de notre univers est d'environ 14 milliards d'années-lumière. Si l'on néglige les effets de courbure de l'espace, le volume de l'espace visible représente 4/3 pi R³ = 8.8 × 10⁸³ centimètres cube. La densité critique de l'univers pour cette valeur de la constante d'Hubble est 3 H^2/8 pi G, ce qui donne 1×10⁻²⁹ grammes par centimètre cube soit environ 5×10⁻⁶ atomes d'hydrogène par centimètre cube. Il est admis que seul 4 pour cent de la densité critique est sous forme d'atome normaux, ce qui nous laisse 5×10⁻⁶ × 4×10⁻² = 2×10⁻⁷ atomes d'hydrogène par centimètre cube. En multipliant ceci par le volume de l'univers visible, on obtient environ 1.7 × 10⁷⁷ atomes d'hydrogène^[5].

2 - Une étoile typique pèse environ 2×10³³ grammes, ce qui fait environ 1×10⁵⁷ atomes d'hydrogène par étoile. Une galaxie typique contient environ 400 milliards d'étoiles ce qui fait que chaque galaxie a environ 1×10⁵⁷ × 4×10¹¹ = 4×10⁶⁸ atomes d'hydrogène. Il y a, possiblement, 80 milliards de galaxies dans l'univers, ce qui fait au final 4×10⁶⁸ × 8×10¹⁰ = 3×10⁷⁹ atomes d'hydrogène dans l'univers. Ce calcul est une limite basse et ignore les autres sources d'atomes^[6].