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Quel est l’âge de l’Univers ?

Crédits : iStock

Notre Univers a 13,8 milliards d’années, une échelle de temps beaucoup plus longue et difficile à définir qu’il n’y paraît. Mais alors, comment les astronomes arrivent-ils à un tel nombre ?

L’Univers, tout simplement, doit au moins être aussi vieux que la chose la plus ancienne que nous puissions y trouver – logique. Ainsi dans un premier temps, pour en connaître l’âge, le mieux est encore d’aller à la chasse aux étoiles.

Les grappes d’étoiles – ou agglomérations d’étoiles – toutes nées en même temps, peuvent être datées avec exactitude. Les astronomes recherchent alors ce qu’on appelle la « désactivation de la séquence principale » de cette grappe. Une étoile passe une grande partie de sa vie à brûler de l’hydrogène, phase durant laquelle il existe une relation entre la température et la luminosité de l’astre. Les étoiles les plus chaudes brillent plus que les autres, mais quand l’une d’entre elles manque d’hydrogène, elle commence à se refroidir pour finalement devenir une supergéante, une naine blanche ou même un trou noir.

À mesure qu’une grappe d’étoiles vieillit, les plus massives quittent la séquence principale en premier, suivies des étoiles moins importantes. Les grappes les plus anciennes présenteront alors une séquence principale moins complète, puisque les étoiles les plus massives auront déjà épuisé leur combustible principal. D’autre part, les étoiles brûlant encore de l’hydrogène vont imposer une limite à l’âge de la grappe, que les astronomes peuvent alors estimer. Les plus anciens amas d’étoiles observés ont des âges compris entre 11 et 13 milliards d’années.

Les naines blanches peuvent également nous aiguiller. Une étoile de faible masse comme notre Soleil peut évoluer en naine blanche, un objet extrêmement dense qui contient l’équivalent de la masse du Soleil dans la taille de la Terre. À titre d’exemple, c’est comme si une cuillère à café pesait alors 15 tonnes. Puisque les naines blanches ne brûlent plus d’éléments, elles refroidissent alors comme les braises d’un feu laissé à l’abandon. Les températures des étoiles naines blanches peuvent ainsi nous révéler le temps passé à se refroidir, permettant alors de fixer une limite à leur âge. Les observations faites avec le télescope spatial Hubble montrent que les plus vieilles naines blanches sont âgées de 12 à 13 milliards d’années.

Grâce aux étoiles donc, nous savons que l’Univers est âgé d’au moins 13 milliards d’années. Pour avoir une idée plus précise encore, les astronomes s’appuient sur le fond diffus cosmologique, ou rayonnement diffus cosmologique de l’Univers. Il s’agit du nom donné au rayonnement électromagnétique issu – selon le modèle standard de la cosmologie – de l’époque dense et chaude qu’a connue l’Univers par le passé, à savoir le Big Bang. En termes simples, notre Univers s’étend au fil du temps, laissant de plus en plus d’espace entre nous et nos voisins extragalactiques. Toutefois, nous pouvons revenir en arrière et obtenir des informations sur le passé du cosmos à l’aide d’informations retenues dans ce fond diffus cosmologique.

Ce rayonnement fossile s’est considérablement refroidi au cours de son voyage, mais il contient encore les informations du Big Bang. Nous avons en quelque sorte l’équivalent d’une image de notre Univers à ses débuts, une sorte d’instantané de ce qui s’est initialement passé. L’âge de l’Univers est lié à trois paramètres cosmologiques qui décrivent ensemble son expansion : le taux d’expansion de l’Univers (connu sous le nom de la constante de Hubble), la constante cosmologique (un paramètre lié à l’accélération de cette expansion) et finalement la densité de la matière baryonique (normale) et de la matière noire dans l’Univers (c’est-à-dire la quantité de matière à développer).

A partir de cartes très précises du rayonnement fossile faites par des sondes spatiales telles que WMAP et le satellite Planck, les astronomes et les physiciens peuvent alors mesurer ces paramètres. Grâce à ces données, ils proposent ensuite une estimation de l’âge de l’Univers. Cette méthode permet grâce au calcul de revenir jusqu’à 13,8 milliards d’années en arrière, à plus ou moins 37 millions d’années de marge d’erreur. Cette incertitude sur l’âge – qui reste relativement faible par rapport au temps total de 13,8 milliards – provient des incertitudes liées à la mesure de chacun des trois paramètres cosmologiques précédemment cités.

Pour mettre cet âge en perspective, dites vous que l’âge de notre système solaire n’est “que” de 4,5 milliards d’années. Certains isotopes qui ont été créés avec lui, comme le potassium et l’uranium, offrent des indices quant à son âge. Ces isotopes subissent une décroissance radioactive et offrent ainsi une mesure très précise du temps écoulé depuis leur formation.

Le fait que l’âge déterminé grâce au fond diffus cosmologique soit compatible avec les âges minimums calculés pour les plus vieilles grappes d’étoiles et les naines blanches nous dit que nous sommes sur la bonne voie. Toutefois, gardez à l’esprit que nous définissons l’âge de l’Univers comme le temps qui s’est écoulé depuis le Big Bang. Aucune de nos observations ne peut nous dire ce qui s’est passé avant. Après tout, le Big Bang n’est que l’horizon au-delà duquel on ne peut plus rien calculer. Mais le fait d’entrevoir cette limite ne veut pas forcément dire qu’il n’y a rien derrière. À partir de ce point, tout n’est que théorie et philosophie.

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