Si l'univers s'étend pour toujours et s'il est plein d'étoiles, pourquoi le ciel nocturne est-il sombre? C'est une question qui a été posée par les philosophes et les scientifiques depuis l'Antiquité. Tout comme un observateur voit des arbres dans toutes les directions lorsqu'il se tient dans une forêt, chaque ligne de vue dans un univers infini devrait se terminer par le scintillement d'une étoile. Le résultat net devrait être un ciel embrasé de lumière céleste. Non seulement le ciel nocturne doit être aussi brillant, sinon plus lumineux, que pendant la journée, mais la chaleur de tous ces soleils devrait être suffisante pour faire bouillir les océans de la Terre! Par conséquent, la scène étoilée représentée dans l'image saisissante qui accompagne cet article devrait sembler être des étoiles manquantes par rapport au regard dans le Cosmos ci-dessus.
Edgar Allen Poe a réfléchi à ce puzzle dans son ouvrage de 1850 intitulé «Le pouvoir des mots». Il a qualifié l'illumination combinée rayonnée par la lumière céleste de «murs dorés de l'Univers». Par exemple, un observateur dans une forêt voit un écran d'arbres parce que la forêt continue plus loin que sa limite d'arrière-plan - la distance moyenne à laquelle la ligne de visée est interrompue par un arbre. De même, à partir de n'importe quel point dans un univers sans fin rempli d'étoiles, les étoiles proches devraient chevaucher des étoiles plus éloignées jusqu'à ce que chaque pouce carré de la vue soit rempli de la lumière d'un soleil éloigné.
Les estimations actuelles placent le nombre d'étoiles dans l'Univers à 70 sextillions (70 000 millions de millions de millions), sur la base d'une enquête réalisée en 2003 par des astronomes australiens. C'est dix fois plus de grains de sable sur toutes les plages et déserts de la Terre réunis et certainement plus que suffisant pour remplir le ciel entier de lumière stellaire!
Mais, le ciel nocturne n'est pas inondé à la lumière de l'Univers, donc les premiers théoriciens ont émis l'hypothèse que les étoiles étaient en nombre limité ou que leur lumière n'avait pas réussi à atteindre la Terre. Lorsque la poussière interstellaire a été découverte, certains pensaient que la raison en avait été trouvée. Mais les calculs ont rapidement indiqué que si les particules de poussière absorbaient toute la lumière stellaire manquante, alors les particules de poussière commenceraient elles-mêmes à briller.
La réponse a finalement été expliquée par les implications de la théorie de la relativité d'Albert Einstein.
Il y a entre dix et vingt milliards d'années, l'Univers a été formé par un événement appelé le Big Bang. Pourquoi cela s'est-il produit et ce qui l'a précédé restent-ils les mystères les plus profonds, mais le fait qu'il se soit produit aujourd'hui semble assez irréfutable pour la plupart de la communauté scientifique. Toute la matière et l'énergie - essentiellement tout ce qui a jamais été, est ou peut être - a été confinée à un état concentré et incroyablement dense. Fait intéressant, ce n'était pas comme si tout dans l'Univers était coincé dans un endroit entouré d'un espace rempli de rien. En fait, était l'Univers - toute la matière, l'énergie et tout l'espace qu'ils remplissent. Sa taille externe était sans importance car elle n'avait pas de surface extérieure; rien n'existait en dehors de cela - c'est encore vrai aujourd'hui.
Ensuite, pour des raisons qui sont encore en débat, ce noyau de l'Univers a commencé à se développer à un rythme extrêmement rapide comme s'il avait connu une explosion.Cette expansion n'a jamais cessé, en fait, elle a augmenté au fil du temps! Plus au point de notre discussion est le fait que l'Univers a commencé à un moment fini dans le temps.
Une autre implication de la théorie de la relativité aide également à expliquer notre ciel nocturne. La lumière se déplace à une vitesse finie. Cependant, il se déplace si vite que sa vitesse s'exprime dans la distance qu'il parcourt pendant un an. Ceci est connu comme une année-lumière et pendant ce temps, la lumière traversera 9,46 trillions (9,46 × 1012) kilomètres ou 5,88 billions (5,88 × 1012) miles.
L'espace et le temps sont intimement liés. Nous ne pouvons pas regarder dans l'espace sans regarder aussi en arrière dans le temps. L'espace est vaste et la séparation entre les étoiles est énorme. Par exemple, la distance moyenne entre les étoiles est de quelques années-lumière. Mais c'est proche des autres longueurs mesurées par l'astronomie. La distance entre notre Soleil et le centre de notre Galaxie est d'environ 26 000 années-lumière ou 260 billions de kilomètres! La distance de notre galaxie, la Voie lactée, à la prochaine galaxie la plus proche, située dans la constellation d'Andromède, est de plus de 2 millions d'années-lumière. Cela signifie que la lumière que nous voyons ce soir de la Grande Galaxie d'Andromède (M31) est partie pour la Terre alors qu'il n'y avait pas d'êtres humains modernes, ou Homo Sapiens, sur cette planète - bien que notre lignée évolutionnaire soit bien établie. La distance de la Terre à l'objet le plus éloigné, une galaxie repérée par le télescope spatial Hubble, est d'environ treize milliards d'années-lumière. Nous voyons cette galaxie telle qu'elle était avant la formation de notre galaxie!
Donc, la raison pour laquelle notre ciel nocturne est noir, la raison pour laquelle l'espace n'est pas rempli de lumière aveuglante est parce qu'une grande partie de la lumière des étoiles qui remplissent le ciel n'a pas eu le temps d'atteindre la Terre - beaucoup sont si loin qu'elles sont simplement indétectables en ce moment. Ainsi, même si le nombre d'étoiles est essentiellement infini, le nombre d'étoiles que nous pouvons voir est fini et cela crée des lacunes sombres dans le ciel que nous considérons comme l'immensité de l'espace.
Il y a aussi quelques autres facteurs qui font apparaître l'espace non éclairé. Par exemple, de nombreuses étoiles s'éteignent ou explosent avec le temps, ce qui supprime leur contribution à la quantité de lumière dans l'Univers. De plus, la lumière des étoiles est réduite par le décalage vers le rouge - un phénomène qui est directement lié à l'expansion de l'Univers. Le décalage vers le rouge est similaire à l'effet Doppler car les deux impliquent l'étirement des ondes lumineuses.
L'effet Doppler décrit le mouvement d'une source de lumière par rapport à un observateur. La lumière d'un objet se déplaçant vers un observateur est compressée vers des fréquences plus élevées, ou l'extrémité bleue du spectre lumineux. La lumière d'un objet qui s'éloigne est étirée vers les fréquences inférieures ou l'extrémité rouge.
Le décalage vers le rouge n'a rien à voir avec le mouvement d'une source de lumière mais plutôt avec la distance à laquelle une source de lumière est située par rapport à l'observateur. Puisque l'espace s'étend dans toutes les directions, la lumière provenant d'une source très éloignée parcourt une distance toujours croissante et la distance qui s'élargit, elle-même, étire ses longueurs d'onde lumineuses vers le rouge. Plus une galaxie est éloignée, plus le chemin que sa lumière doit parcourir pour atteindre la Terre est long. Parce que la distance entre la galaxie et la Terre augmente également constamment, sa lumière est étirée vers l'extrémité rouge du spectre. La lumière de galaxies très éloignées peut ainsi être déplacée vers le rouge hors du spectre visible dans l'infrarouge ou, au-delà, dans le domaine des ondes radio. Par conséquent, le décalage vers le rouge réduit également l'étendue de la lumière des étoiles visible qui atteint la Terre et rend le ciel nocturne plus sombre.
La photo présentée avec cette discussion a été produite par l'astronome Brad Moore, de son observatoire privé près de Melbourne, en Australie, plus tôt cette année. Cette scène est située près de la grande nébuleuse de Carinae et est connue sous le nom de NGC 3324. Elle a également un nom commun de la nébuleuse de trou de serrure et elle et la nébuleuse d'Eta Carinae sont situées à environ 9 000 années-lumière de la Terre dans la constellation sud de Carina. Il se compose d'un jeune et brillant amas d'étoiles, dont certaines illuminent la nébuleuse environnante riche en hydrogène et la font briller.
Fait intéressant, cela s'appelle également la nébuleuse Gabriela Mistral en raison de sa ressemblance étrange avec le poète chilien lauréat du prix Nobel. Regardez bien et vous pouvez voir sa silhouette dans la nébuleuse.
Les teintes de cette magnifique image ne sont cependant pas réelles. Ils ont été assignés pour représenter également la composition du matériau qui compose cette vue. L'oxygène est représenté par le rouge, le vert indique la présence d'hydrogène et le soufre est représenté par une teinte bleue. Cette photo a nécessité une exposition de 36 heures à travers un télescope Ritchey-Chretien Cassegrain de 12,5 pouces et une caméra astronomique de 3,5 mégapixels.
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Écrit par R. Jay GaBany
