L'Univers
Du Big Bang il y a 13,8 milliards d'années jusqu'aux confins de l'espace observable, l'univers est une immensité fascinante remplie de galaxies, d'étoiles, de trous noirs et de mystères encore inexpliqués.
Le Big Bang et la chronologie de l'univers
L'univers n'a pas toujours existé. Il est né il y a 13,8 milliards d'années d'un état extrêmement dense et chaud. Voici les grandes étapes de son histoire :
Le Big Bang
Toute la matière, l'énergie, l'espace et le temps naissent d'un point infiniment dense et chaud. La température dépasse 10³² degrés.
L'inflation cosmique
L'univers s'étend de façon fulgurante, multipliant sa taille par un facteur de 10²⁶ en une fraction de seconde. Les germes des futures structures cosmiques apparaissent.
Nucléosynthèse primordiale
Les premiers noyaux atomiques se forment : hydrogène, hélium et un peu de lithium. Ces éléments constituent encore aujourd'hui 98% de la matière visible.
Les premiers atomes
L'univers refroidit assez pour que les électrons se lient aux noyaux. La lumière peut enfin voyager librement : c'est le fond diffus cosmologique (CMB), encore détectable aujourd'hui.
Les premières étoiles
Les premières étoiles massives s'allument dans les nuages d'hydrogène. Elles sont géantes (100 à 1 000 fois la masse du Soleil) et vivent peu longtemps avant d'exploser en supernovae.
Les premières galaxies
Des milliards d'étoiles se regroupent sous l'effet de la gravité pour former les premières galaxies. Certaines fusionnent pour en créer de plus grandes.
Naissance du Soleil
Notre étoile naît dans un nuage de gaz et de poussière. Le système solaire se forme à partir du disque de matière environnant.
Aujourd'hui
L'univers observable contient environ 2 000 milliards de galaxies, chacune abritant des centaines de milliards d'étoiles. Et l'expansion continue, en accélérant.
Les galaxies
Les galaxies sont d'immenses ensembles d'étoiles, de gaz, de poussière et de matière noire, liés par la gravité. L'univers observable en contient environ 2 000 milliards.
Spirale
~60% des galaxiesDes bras spiraux élégants partent d'un noyau central brillant. Les étoiles jeunes et les nébuleuses se trouvent dans les bras, les étoiles anciennes au centre.
Exemples : Voie Lactée, Andromède
Elliptique
~20% des galaxiesForme ovale ou sphérique, principalement composées de vieilles étoiles rouges. Peu de gaz et de poussière, donc peu de formation stellaire. Les plus grandes galaxies connues.
Exemples : M87, IC 1101
Irrégulière
~20% des galaxiesAucune forme définie, souvent le résultat d'interactions gravitationnelles avec d'autres galaxies. Riches en gaz et en étoiles jeunes.
Exemples : Grand Nuage de Magellan
La Voie Lactée, notre galaxie
Notre galaxie est une spirale barrée d'environ 100 000 années-lumière de diamètre. Elle contient entre 200 et 400 milliards d'étoiles. Notre système solaire se situe dans le bras d'Orion, à environ 26 000 années-lumière du centre galactique. Dans environ 4,5 milliards d'années, elle fusionnera avec Andromède, notre voisine.
La vie des étoiles
Naissance
Les étoiles naissent dans des nébuleuses, de vastes nuages de gaz et de poussière. Sous l'effet de la gravité, le gaz se contracte et s'échauffe. Quand la température du cœur atteint environ 10 millions de degrés, la fusion nucléaire de l'hydrogène s'amorce : une étoile est née.
Vie
Pendant la majeure partie de sa vie, une étoile fusionne l'hydrogène en hélium dans son cœur. Cette phase, appelée séquence principale, dure de quelques millions d'années (étoiles massives) à des centaines de milliards d'années (naines rouges). Notre Soleil est à mi-parcours de ses 10 milliards d'années.
Mort des petites étoiles
Les étoiles de masse faible à moyenne (comme le Soleil) gonflent en géante rouge, puis expulsent leurs couches externes en une nébuleuse planétaire. Le cœur restant, une naine blanche, refroidit lentement pendant des milliards d'années.
Mort des étoiles massives
Les étoiles très massives explosent en supernova, un événement cataclysmique qui peut briller plus que toute une galaxie pendant quelques semaines. Le cœur s'effondre en une étoile à neutrons ou, si la masse est suffisante, en un trou noir.
Les trous noirs
Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si intense que rien ne peut s'en échapper, pas même la lumière. Leur existence, prédite par Einstein en 1915, a été confirmée par la première image directe en 2019 (M87*).
Trou noir Stellaire
5 à 100 masses solairesEffondrement d'une étoile massive lors d'une supernova
Ex : Cygnus X-1 (15 masses solaires)
Trou noir Supermassif
Millions à milliards de masses solairesAu centre de la plupart des galaxies, formés par fusion
Ex : Sagittarius A* (4 millions de masses solaires, centre de la Voie Lactée)
Trou noir Intermédiaire
100 à 100 000 masses solairesEncore débattue : fusion de trous noirs stellaires ou effondrement direct
Ex : HLX-1 dans la galaxie ESO 243-49
L'horizon des événements
C'est la frontière invisible au-delà de laquelle rien ne peut revenir. Pour un trou noir de la masse du Soleil, cet horizon aurait un rayon de seulement 3 km. Pour Sagittarius A* au centre de notre galaxie, il fait environ 12 millions de km, soit 17 fois la taille du Soleil.
Les mystères de l'univers
La matière noire (~27%)
Invisible, elle n'émet ni n'absorbe de lumière. Pourtant, elle constitue environ 27% de l'univers. On sait qu'elle existe grâce à son influence gravitationnelle sur les galaxies : sans elle, les étoiles en périphérie tourneraient trop lentement.
Sa nature reste l'un des plus grands mystères de la physique moderne.
L'énergie noire (~68%)
Encore plus mystérieuse que la matière noire, l'énergie noire est responsable de l'accélération de l'expansion de l'univers, découverte en 1998. Elle représente environ 68% du contenu énergétique total de l'univers.
La matière ordinaire (atomes, étoiles, planètes, nous) ne représente que ~5% de l'univers.
