L'EXPANSION ACCÉLÉRÉE de l'UNIVERS [Ép. 1 : La découverte]

D’après les chercheurs en cosmologie, nous serions  actuellement dans un Univers qui non seulement  

est en expansion, mais en plus, en expansion  accélérée. Et ce phénomène serait peut-être dû à  

une mystérieuse substance, qu’on appelle l’énergie  sombre, et qui conduirait à terme à un grand  

déchirement de tout ce qui peuple l’Univers : les  galaxies, les étoiles, les planètes, et nous avec.

Plutôt intrigant, non ? Alors  dans cette vidéo et la suivante,  

on va essayer de comprendre ce que signifie cette  histoire d’expansion accélérée de l’Univers,  

comment elle a été découverte de façon  plutôt inattendue il y a environ 25  

ans. Et on se demandera si on a vraiment  besoin d’énergie sombre pour l’expliquer.

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Pour commencer, je vais rappeler ce qu’est  l’expansion de l’Univers « tout court »,  

et comment on la concevait avant qu’on ne découvre  ce phénomène d’accélération. Je vais répéter  

quelques points que j’ai déjà abordé dans d’autres  vidéos, mais je vais être un peu plus précis que  

d’habitude, pour bien pouvoir comprendre,  ensuite, cette histoire d’accélération.

Le phénomène d’expansion de l’Univers a été  découvert en 1929 par l’astronome américain  

Edwin Hubble. A l’époque, il observait différentes  galaxies, et s’efforçait de mesurer leur distance  

et leur vitesse par rapport à nous. Il avait alors  constaté une chose étonnante : toutes les galaxies  

qui nous entourent semblent s’éloigner de nous,  et ce d’autant plus vite qu’elles sont lointaines.

[HUBBLE Hubble avait publié à l’époque ce  diagramme. On y voit la distance en abscisses,  

et la vitesse d’éloignement en ordonnées.  Et chaque point représente une galaxie.  

Et il semble y avoir une relation de  proportionnalité entre les deux : plus  

une galaxie est lointaine, plus  elle s’éloigne vite de nous.

Ce diagramme était assez surprenant, on  aurait pu s’attendre à ce qu’il n’y ait  

pas de lien particulier entre la distance et la  vitesse d’une galaxie. Mais non, non seulement  

toutes les galaxies s’éloignent, mais en plus  à une vitesse proportionnelle à leur distance.

Avant de creuser l’interprétation de  ce genre de diagramme, il est vraiment  

important de comprendre à partir de  quelles types de mesures il a été réalisé.]

Commençons par la distance. De façon générale,  

quand on observe un objet astrophysique  et qu’on mesure par exemple sa luminosité,  

ça ne nous renseigne pas forcément très  bien sur sa distance par rapport à nous.

Par exemple si la luminosité d’une  étoile dans le ciel est faible,  

est-ce que c’est parce qu’elle se trouve loin  de nous, ou bien qu’elle se trouve proche mais  

qu’il s’agit d’une étoile qui n’est pas  très puissante ? Pas évident de trancher.

Pour estimer la distance de façon fiable,  il faut des objets dont on connait déjà  

par avance la puissance : ce qu’on appelle leur  luminosité intrinsèque. Si vous la connaissez,  

alors en mesurant la luminosité apparente,  

vous pouvez en déduire leur distance. Des  objets de ce genre, dont on connait par  

avance la puissance lumineuse intrinsèque,  on appelle ça des chandelles standard.

A l’époque, Hubble avait utilisé comme  chandelles standards certaines étoiles variables,  

dont on connait la puissance intrinsèque  grâce à leur période de variation. Il avait  

ainsi pu estimer la distance de quelques  galaxies qui contenaient ce type d’étoiles.

Ensuite, pour mesurer la vitesse, Hubble  avait utilisé un phénomène découvert  

quelques années plus tôt : le décalage  vers le rouge des longueurs d’onde.

[DECALAGE En effet, quand on mesure le spectre  lumineux des étoiles d’une galaxie lointaine,  

on trouve toujours que les longueurs d’ondes  des raies d’émission ou d’absorption sont  

plus grandes que celles qu’on mesure sur Terre.  Pour des longueurs d’ondes de lumière visible,  

elles apparaissent décalées vers le rouge.]

A l’époque on interprétait cela comme un  effet Doppler. L’effet Doppler c’est ce  

qui fait qu'une sirène de pompiers semble  plus grave quand le camion s’éloigne de  

nous. La longueur d’onde du son se trouve  étirée du fait du déplacement de la source.  

Et pour les galaxies, on a simplement pensé à  la même chose, avec la lumière au lieu du son.

Le décalage vers le rouge des galaxies  a donc été initialement interprété comme  

la conséquence de leur vitesse d’éloignement.  Et c’est quelque chose qu’on peut quantifier.

[DOPPLER REDSHIFT Pour quantifier l’effet Doppler,