UNIVERS (notions de base)

Les constituants de l’Univers

À mesure que nos connaissances avancent, de nouveaux constituants de l’Univers nous apparaissent. Nous savons en voir et en détecter certains : planètes, étoiles, nuages de gaz et de poussières, rayonnements de toute nature. Mais d’autres, comme la masse cachée ou l’énergie noire, ne nous donnent qu’une preuve indirecte de leur existence.

Recenser les objets constituant l’Univers a depuis longtemps suscité la curiosité de l’homme, mais des moyens d’observation plus efficaces que nos yeux n’existent que depuis quatre siècles. Nos connaissances sur l’immense diversité du cosmos se sont accrues de façon prodigieuse au cours des cinquante dernières années, mais sont encore loin d’être exhaustives. Chaque nouveau détecteur ouvre une nouvelle fenêtre d’observation, et de nouveaux composants apparaissent, de plus en plus imposants par la place qu’ils occupent, mais aussi par les questions qu’ils suscitent.

Étoiles, amas d’étoiles, nuages et rayonnements

C’est étape par étape que s’est construite notre idée des dimensions et du contenu de l’Univers visible. Jusqu’au début du xx^esiècle, l’Univers se réduit à ce que nos yeux, aidés de télescopes, sont capables de voir, à savoir les objets brillants, qu’ils émettent de la lumière ou qu’ils reflètent la lumière qui les éclaire.

Il apparaît ensuite, que, au-delà du Soleil et de son cortège de satellites, les milliers d’étoiles du ciel nocturne sont elles-mêmes d’autres soleils. Parfois plus rouges ou plus bleus, plus ou moins gros que le nôtre, ces derniers sont situés à des distances grandes, mais mesurables, au moins pour les plus proches.

À côté de ces étoiles, strictement ponctuelles, on découvre des objets diffus dont la nature et la diversité n’apparaissent pas tout de suite. Si certains de ces objets ne sont que des amas plus ou moins gros d’étoiles (voir « Les structures de l’Univers »), d’autres sont des nuages de gaz ou de poussières, qui ne font que diffuser la lumière qu’ils reçoivent d’étoiles voisines.

Nuage du Cygne - crédits : NASA — Nuage du Cygne
NASA

D’autres nuages, obscurs et opaques, existent également : ils sont détectés car ils occultent et dévient la lumière d’étoiles situées derrière eux. Il est certain que du gaz très diffus existe partout, non seulement dans les galaxies, mais aussi dans les immenses espaces intergalactiques, là où circulent librement les rayonnements de toute nature qui sont des constituants fondamentaux de l’Univers : lumière, mais aussi ondes hertziennes, rayons X et gamma, neutrinos et ondes gravitationnelles.

La masse cachée

Tous les objets rencontrés jusqu’ici sont faits de la même matière que celle qui forme le corps humain : des atomes dont les composants et la structure sont connus, et qu’il est possible de voir car ils interagissent avec la lumière. Mais il semble que cette matière ne soit pas la seule qui existe dans l’Univers. Les galaxies tournent sur elles-mêmes autour d’un axe central, tout comme les planètes autour du Soleil.

Dans le système solaire, le mouvement et la position des planètes sont la conséquence directe de l’attraction gravitationnelle due au Soleil, prouvant ainsi son existence et permettant d’estimer sa masse grâce aux lois de Newton.

Or il n’en va pas de même dans le cas de la rotation des galaxies sur elles-mêmes, ou dans celui des mouvements relatifs des galaxies les unes par rapport aux autres : la masse totale responsable de leur dynamique, calculée à partir de leur position et de leur mouvement, est estimée de 10 à 100 fois supérieure à celle qui est calculée à partir des étoiles qui sont détectées.

D’où l’idée qu’il existe une masse cachée, invisible mais présente, au centre de toutes les galaxies, y compris la nôtre, et qui s’étend également entre les galaxies. La déceler n’est pas simple, dans la mesure où l’on ignore tout de sa nature.[...]