L’échelle des distances dans l’Univers


La Voie Lactée et le Groupe Local

Les étoiles et nébuleuses visibles à l’oeil nu n’occupent qu’une petite fraction d’un ensemble beaucoup plus grand : la Voie Lactée. Cet ensemble contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles, il ressemble à un disque de 1000 AL d’épaisseur et de 100.000 AL de diamètre. La Terre et le Soleil se trouvent à 27.000 AL du centre de la Voie Lactée et orbitent autour de lui en une année galactique, soit 230 millions d’années.

La Voie Lactée n’est qu’une galaxie parmi d’autres. Depuis l’hémisphère sud, on peut facilement voir à l’œil nu deux petites galaxies satellites de la nôtre : le Grand Nuage de Magellan, à 160.000 AL, et le Petit Nuage de Magellan, à 200.000 AL. Depuis l’hémisphère nord, on peut observer une galaxie plus similaire à la nôtre : la galaxie spirale d’Andromède, à 2.5 millions d’AL.

La Voie Lactée et la galaxie d’Andromède sont les membres principaux d’un ensemble d’une cinquantaine de galaxies appelé le Groupe Local dont le diamètre est estimé à 10 millions d’AL. On observe beaucoup d’ensembles plus grands, avec des centaines ou des milliers de membres, que l’on appelle alors des amas de galaxies. On peut citer par exemple l’amas de la Vierge, à 60 millions d’AL, qui pourrait compter jusqu’à 2000 membres.

Le Groupe Local

Le Groupe Local distribué autour de ses deux membres principaux : la Voie Lactée et la galaxie d’Andromède. Crédit : Andrew Z Colvin/Wikimedia Commons

Les superamas

Les observations montrent que le Groupe Local et les amas de galaxies qui l’entourent forment une structure encore plus gigantesque, centrée sur l’amas de la Vierge, d’où son nom : le superamas de la Vierge. Son diamètre est de 100 millions d’AL et il contient une centaine de groupes et d’amas de galaxies.

Le superamas de la Vierge fait lui-même partie d’un ensemble extraordinaire appelé le complexe de superamas Poissons-Baleine. Cette structure, découverte en 1987, est large de 150 millions d’AL et longue d’un milliard d’AL. D’autres structures plus grandes ont été observées au-delà du superamas de la Vierge: le Grand Mur de Sloan, d’environ 1,4 milliard d’AL de long et découvert en 2003, et le Huge-LQG (Huge Large Quasar Group), de 4 milliards d’AL de long et découvert en 2012.

Ces ensembles de l’ordre du milliard d’AL représentent les structures les plus grandes de l’Univers observable. Leur existence constitue en fait une surprise, car, à cette échelle, l’Univers devrait en principe être homogène et isotrope : ses propriété devraient être les mêmes en tout point et en toute direction. Par exemple, la quantité de matière contenue dans un cube d’un milliard d’AL de côté devrait être la même que le cube soit centré sur le superamas de la Vierge ou sur un point à 50 milliards d’AL de nous.

Le superamas de la Vierge

Le superamas de la Vierge qui contient au moins une centaine de groupes et d’amas de galaxies. L’image est centrée sur le Groupe Local, mais le vrai centre de gravité se trouve près de l’amas de la Vierge. Crédit : Andrew Z Colvin/Wikimedia Commons

L’Univers observable

Au-dessus du milliard d’AL, nous nous retrouvons à l’échelle de l’Univers observable. Contrairement à l’Univers considéré dans sa totalité, l’Univers observable n’inclut que les corps et structures que nous pouvons observer depuis la Terre. Comme aucune information ne peut se propager plus vite que la vitesse de la lumière et que l’Univers n’existe que depuis 13,8 milliards d’années, la taille de l’Univers observable est définie par la distance que la lumière a parcourue en 13,8 milliards d’années.

Pour calculer la taille de l’Univers observable, il faut cependant aussi prendre en compte l’expansion de l’Univers. Comme l’espace s’est continuellement dilaté depuis le Big Bang, la limite de l’Univers observable est beaucoup plus éloignée que les 13,8 milliards d’AL auxquelles on pourrait s’attendre à première vue. En fait, les modèles cosmologiques basés sur les observations et la théorie de la relativité générale montrent que le diamètre de l’Univers observable est d’environ 93 milliards d’AL.

La limite de l’Univers observable est relative et n’a pas de signification physique. L’Univers dans son ensemble doit s’étendre bien au-delà de cette limite et il est même probable qu’il soit infini. Malheureusement, ces régions nous sont à tout jamais inaccessibles. Les modèles qui tentent de les décrire ne pourront donc pas être vérifiés par l’observation et la question de la taille de l’Univers dans son ensemble ne trouvera jamais de réponse.

Voir aussi : Découverte du superamas Laniakea


Page mise à jour le 31 mars 2016 par Olivier Esslinger