L'Univers est composé de nombreuses galaxies. L'année-lumière est l'une des unités adaptées pour exprimer les distances au sein de l'Univers. L'Univers n'a pas toujours été tel que nous le connaissons. Le modèle du Big Bang décrit sa formation et son évolution, au cours de laquelle les étoiles transforment les atomes primordiaux, l'hydrogène et l'hélium, en atomes plus lourds. Ceux-ci composent les planètes rocheuses comme la Terre et toute la matière que l'on y trouve, y compris les êtres humains.
La description de l'Univers
L'Univers est composé d'un très grand nombre de galaxies, dont la Voie lactée qui abrite le Soleil. Depuis le Big Bang, l'Univers est en expansion. Pour exprimer des unités au sein de l'Univers, on utilise l'année-lumière.
La structure de l'Univers
L'Univers est composé d'une multitude de galaxies. Le Soleil est une des étoiles qui composent notre galaxie, nommée « Voie lactée ».
Galaxies
Les galaxies sont d'immenses groupes d'étoiles et de poussières interstellaires maintenues par l'attraction gravitationnelle.
Sur cette photo de la galaxie NGC 4414, chaque point blanc est une étoile.
Le Soleil est l'une des centaines de milliards d'étoiles qui appartiennent à la Voie lactée, notre galaxie. Celle-ci est une spirale et le Soleil est situé à l'extrémité d'un de ses bras.
L'Univers est composé d'un très grand nombre de galaxies similaires à la Voie lactée.
Il y aurait entre 100 et 200 milliards de galaxies dans l'Univers.
L'histoire de l'Univers
Des observations nous ont appris que l'Univers est en évolution, depuis un moment originel nommé « Big Bang ».
Big Bang
Le Big Bang est une théorie qui, à partir de preuves contemporaines, décrit la formation de l'Univers, survenue il y a environ 13,7 milliards d'années.
Dans le modèle du Big Bang, l'Univers originel, qui se résumait à un point très dense et chaud, est entré en expansion. La matière s'est alors organisée au fur et à mesure du refroidissement de l'Univers :
- Les premiers noyaux, principalement d'hydrogène et d'hélium, se sont formés pendant les 300 000 premières années.
- Vinrent ensuite les atomes correspondant.
- Les plus anciennes étoiles et galaxies se sont formées quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, par accrétion des poussières.
- Il y a environ 13 milliards d'années, notre galaxie, la Voie lactée, s'est formée.
- Il y a un peu moins de 5 milliards d'années, le Soleil s'est formé à son tour et le système solaire avec lui.
À la base de la théorie du Big Bang, on trouve deux idées principales :
- Les galaxies s'éloignent les unes des autres à des milliers ou centaines de milliers de kilomètres par seconde (km/s). En fait, c'est l'espace qui les supporte qui s'étire et les entraîne avec lui. On parle ainsi d'expansion de l'Univers.
- La température du vide spatial (-270 °C environ) et le fait qu'elle diminue continuellement laissent penser qu'elle était beaucoup plus importante dans le passé.
L'année-lumière
Pour exprimer les distances au sein de l'Univers, l'unité adaptée est l'année-lumière.
Année-lumière
L'année-lumière (a.l.) est la distance que parcourt la lumière dans le vide en une année :
1 \text{ a.l.} = 9{,}46.10^{15} \text{ m}
Proxima du Centaure, l'étoile la plus proche de notre système solaire, est située à une distance de d = 3{,}99 \times 10^{16} \text{ m} . On peut convertir cette distance en années-lumière :
d = \dfrac{3{,}99.10^{16}}{9{,}46.10^{15}}
d = 4{,}22 \text{ a.l.}
Pour calculer la valeur d'une année-lumière en mètres, on utilise la relation suivante :
1 \text{ a.l.} = c_{\text{(m.s}{-1})} \times \Delta t_{\text{1 an (s)}}
La vitesse de la lumière étant exprimée en mètres par seconde (m/s), il faut exprimer la durée d'une année en secondes. Une année étant composée de 365 jours de 24 heures durant chacune 3 600 secondes, on a :
\Delta t_{\text{1 an (s)}} = 365 \times 24 \times 3 \ 600
La longueur correspondant à une année-lumière est donc :
1 \text{ a.l.} = 3{,}00 \times 10^8 \times 365 \times 24 \times 3\ 600
On obtient la valeur d'une année-lumière en mètres :
1 \text{ a.l.} = 9{,}46 \times 10^{15} \text{ m}
Malgré son nom d'« année-lumière », il s'agit bien d'une distance et non d'une durée.
L'Univers connu, c'est-à-dire observable par nos instruments, s'étend sur 13,7 milliards d'années-lumière, soit environ 10^{26} \text{ m} . Ainsi, l'être humain se trouve quelque part entre l'infiniment petit et l'infiniment grand.
L'origine des atomes
Les atomes autres que l'hydrogène et dans une moindre mesure l'hélium sont formés dans les étoiles par une succession de fusions nucléaires.
Les premiers atomes formés après le Big Bang ont été l'hydrogène et l'hélium. Ainsi, dans l'Univers primordial, on trouvait uniquement ces atomes. Or, à l'instar de la Terre, les planètes rocheuses sont composées d'atomes beaucoup plus lourds. Ces atomes, et tous les autres dont le numéro atomique est supérieur à celui de l'hydrogène et de l'hélium, ont été formés par les étoiles : celles-ci sont le siège de fusions nucléaires qui transforment l'hydrogène et l'hélium en atomes plus lourds. Ce phénomène est appelé la « nucléosynthèse ».
Nucléosynthèse
La nucléosynthèse est le processus par lequel les étoiles fabriquent à partir d'hydrogène et d'hélium, et par une succession de fusions nucléaires, l'ensemble des autres atomes.
Ainsi, hormis les atomes d'hydrogène et certains atomes d'hélium, les atomes qui constituent la matière autour de nous, et même nos corps, ont été produits par des étoiles, d'où l'expression que l'on utilise parfois de « poussières d'étoiles ».
