[MUSIQUE] [MUSIQUE] [MUSIQUE] À quoi notre Univers ressemble-t-il quand on le regarde sur de très grandes distances? S'agit-il d'un ensemble d'étoiles et de planètes désordonnées? Eh bien pas du tout! Nous allons voir que l'Univers est très structuré, même s'il a fallu beaucoup de temps aux scientifiques pour le comprendre. Et à l'heure actuelle on essaie par des observations, des simulations numériques et des calculs de mieux comprendre comment ces grandes structures, faites de galaxies et d'amas de galaxies, ont pu apparaître. Commençons par le ciel étoilé, la nuit. En fait, dès l'antiquité, les différentes civilisations avaient regroupé ces étoiles en ensembles, les constellations, en leur donnant des noms inspirés de leur histoire et de leurs mythes. Nous avons hérité des constellations des anciens babyloniens et des grecs. Ils avaient aussi remarqué que le ciel était traversé par une bande lumineuse, la Voie lactée, dont la composition était, jusqu'alors, sujette à controverses. Avec l'invention de la lunette astronomique et du télescope, et les progrès de l'astronomie, à partir du XVIIe siècle, on confirme que la Voie lactée est bien composée d'étoiles. Au XIXe siècle, on arrive à mesurer la distance des étoiles proches. On s'aperçoit ainsi que les constellations n'ont pas de réalité physique. Les étoiles qui les constituent sont parfois très éloignées les unes des autres, mais, depuis la terre, elles sont dans des lignes de visée proches, ce qui donne l'illusion qu'elles sont à proximité les unes des autres. Au début du XXe siècle, les télescopes deviennent de plus en plus puissants, et on commence à utiliser la photographie pour enregistrer les observations. On comprend alors la nature des nébuleuses, ces objets flous et difficiles à identifier à l'œil nu. Ce sont en fait des galaxies, des ensembles d'étoiles, rassemblés dans des disques ou des spirales. Tous ces éléments amènent les scientifiques à repenser complètement leur vision de notre Univers proche. Ils se convainquent que notre soleil est, lui aussi, dans une galaxie en spirale, et que la Voie lactée n'est autre que le plan de la galaxie, riche en étoiles, qui se distingue sur le reste du ciel. Notre galaxie, la Voie lactée, fait environ cent mille années-lumière de diamètre, et en moyenne mille années-lumière d'épaisseur. C'est donc une galette très plate, 100 fois moins épaisse que large. Ses bras contiendraient plusieurs centaines de milliards d'étoiles, dont notre soleil, situé 28 mille années-lumière du centre de notre galaxie. Et dans ce centre, qu'y a-t-il? Eh bien, une très grande concentration d'étoiles, massées autour d'un trou noir massif, central. On trouve aussi, mais plus rarement, des amas d'étoiles situés au-dessus et en dessous du disque galactique, et qui orbitent, eux aussi, autour du centre de notre galaxie. Ce qui maintient toutes ces étoiles ensemble et les fait orbiter lentement autour du centre galactique? La gravitation. Comme toujours dans l'infiniment grand. C'est aussi grâce à elle que notre galaxie contient, non seulement des étoiles, mais aussi des nuages de gaz, piégés par l'attraction gravitationnelle de notre Voie lactée. Tout au long du XXe siècle, on a étudié les galaxies qui nous entourent, leur mouvement relatif, leur influence gravitationnelle l'une sur l'autre. Ces observations ont induit un bouleversement majeur de notre vision de l'Univers, la loi d'extension de Hubble. En 1927, Edwin Hubble s'aperçoit que la lumière émise par les galaxies lointaines est décalée vers le rouge par rapport à celle émise par les galaxies proches. Ce rougissement est interprété comme un effet doppler. C'est parce que les galaxies s'éloignent de nous que leur lumière nous semble plus rouge, et plus les galaxies sont éloignées, plus elles ont une vitesse relative importante. Conséquence, notre univers est en extension. L'univers apparaît donc comme formé d'un grand nombre de galaxies. Une galaxie étant considérée comme un élément cosmique de base, notre galaxie appartient à un amas de galaxies appelé groupe local. Cet amas de galaxies, de dix millions d'années-lumière contient la Voie lactée, les deux nuages de Magellan, la galaxie d'Andromède et de nombreuses galaxies naines qui forment un système cohérent, maintenu par la gravitation, avec un centre de gravité situé entre notre galaxie et celle d'Andromède. Et le jeu de poupées russes n'est pas fini ; car ce groupe local appartient à un superamas de galaxies, appelé Superamas de la Vierge. Ce groupe de galaxie, de plus de 100 millions d'années-lumière de diamètre, contiendrait 11 amas principaux, unis par l'interaction gravitationnelle et serait l'un des 10 millions de superamas de l'Univers observable. À partir des années 1990, les cartographies de l'Univers, sur de grandes distances, mettent en évidence des régions totalement vides d'amas, séparées par des feuillets, des filaments de galaxies, de centaines de millions d'années-lumière. Cet ensemble de galaxies, amas, filaments, s'organise donc en une vraie toile cosmique complexe. Il faut atteindre l'échelle d'un milliard d'années-lumière, soit un centième de la taille actuelle de l'Univers visible, pour ne plus distinguer de structures. À des échelles aussi vastes, notre Univers apparaît enfin comme homogène. Sur la sphère céleste, l'ensemble des galaxies présente une apparence isotrope, c'est-à -dire qu'aucune direction n'est privilégiée, et une distribution homogène, c'est-à -dire que les galaxies sont partout réparties de la même façon. Mais d'où ces structures proviennent-elles? Le cadre standard de la cosmologie moderne suggère qu'au premier moment, après le Big Bang, l'Univers était très homogène, mais néanmoins pas parfaitement homogène. Ainsi, il existait des régions un peu plus denses en matière, et d'autres régions moins denses en matière. Au fur et à mesure que l'Univers évolue, les régions denses attirent par gravité la matière environnante et elles deviennent plus vastes et plus denses. Grâce aux développements théoriques, et aux simulations numériques, nous savons maintenant que ces perturbations de matières grandissent, par fusions successives de plus petites structures dans des structures plus grandes. Dans certains cas, ces régions sont si denses que des réactions thermonucléaires peuvent démarrer. Les premières étoiles et les premières galaxies apparaissent alors. La matière et les galaxies s'organisent sous formes de feuillets et de filaments, séparés par des régions vides. À l'intersection des filaments, les galaxies sont assemblées en amas de galaxies et en superamas de galaxies. Si les galaxies et les amas de galaxies contiennent de la matière ordinaire, constituant les étoiles et les nuages de gaz, la trame de cette toile est constituée d'une matière inconnue. Contrairement à la matière ordinaire, cette matière semble interagir avec son environnement uniquement par attraction gravitationnelle. En particulier, elle n'est pas sensible à l'interaction électromagnétique, et n'émet pas de rayonnement lumineux. On parle donc de matière noire, ou sombre, qui représente près de 85 % du contenu en matière de l'Univers. Cette description simple de la formation des structures cosmiques laisse toutefois de nombreuses questions posées. Comment se forment les premières étoiles qui constituent les galaxies primordiales? Comment la présence de matière noire va-t-elle affecter la formation de ces objets astrophysiques? Comment les galaxies interagissent entre elles? Toutes ces questions sont en cours d'étude. Pour y répondre, les chercheurs continuent toujours à étudier les structures cosmiques en comptabilisant les galaxies et en observant comment elles se distribuaient dans l'espace, et aussi dans le temps. Ces observations sont comparées aux résultats de simulations numériques, pour mieux cerner les processus et les ingrédients des modèles d'évolution de l'Univers, et en particulier la répartition entre matière ordinaire et matière noire, ainsi que les rôles respectifs dans la croissance des structures. Nous avons donc vu que les progrès scientifiques ont mis en évidence une structuration complexe de l'Univers, sur de grandes distances, jusqu'à plusieurs millions d'années-lumière. Cette structuration est formée d'étoiles, de galaxies, d'amas de galaxies, de superamas, et enfin de grandes régions vides, séparées par des feuillets et des filaments de galaxies. Juste après le Big Bang, de petites différences de densités initiales augmentent en taille sous l'effet de l'interaction gravitationnelle, ce qui va générer toutes ces structures, imbriquées les unes dans les autres. La cohérence de cette description passe par la présence de matière noire, encore inconnue, en plus de la matière ordinaire. De plus, de nombreuses questions sur la formation et la dynamique de ces structures restent ouvertes. Les réponses passent par la reconstitution de la toile cosmique et de son évolution en cartographiant soigneusement les galaxies et les amas. Il faut aussi effectuer des études détaillées des galaxies qui nous sont les plus accessibles. Enfin, les simulations numériques sophistiquées jouent le rôle de véritables laboratoires virtuels pour nous permettre de mieux comprendre l'Univers à ses échelles les plus grandes. [MUSIQUE] [MUSIQUE] [MUSIQUE] [MUSIQUE]
