Faut-il croire au big bang?
  L’Univers est en expansion


















L'évolution du cosmos peut être comparée à un ballon que l'on gonfle…
© N. Wright

 

C’est la grande découverte du XXe siècle. Elle a engendré la cosmologie moderne et longtemps suscité la polémique. Pour autant, il a bien fallu l’accepter. Partout, dans toutes les directions du ciel, les galaxies se fuient les unes les autres. L’Univers subit une expansion générale, sans centre privilégié. Le mouvement s’accélère même depuis peu !

Les galaxies, univers-îles
L’aube du siècle dernier a été riche et féconde en révolutions. Deux observations, pas moins, sont venues bousculer le débat sur la nature du monde. La première a trait au fait que le cosmos ne se limite pas au Système solaire, loin de là, ni à notre Galaxie, la Voie lactée, qui l’abrite. Celle-ci déploie sa structure de spirale jalonnée d’étoiles, gaz et poussières sur 90 000 années-lumière de diamètre. Non. L’horizon s’étend beaucoup plus loin encore. Infiniment plus loin. À perte de vue. On peut dire qu’il s’est rempli d’une multitude de galaxies plus ou moins comparables à la nôtre. Elles furent, dès lors, informellement baptisées du doux nom "d’univers-îles". Jusque-là, en effet, l’opinion la plus communément admise considérait que l’ensemble de l’Univers observable demeure presque éternellement immobile et qu’il se limite aux assemblées d’étoiles voisines. Double erreur. Cette vision s’est trouvée sérieusement battue en brèche. Dans la lignée des travaux produits par l’astronome américain Edwin Powell Hubble, on s’aperçut que certaines "nébuleuses spirales" résident à l’extérieur de notre environnement cosmique. La grande galaxie spirale de la constellation d’Andromède, notamment, en fait partie.

Zoom : Edwin Powell Hubble, l'homme

Zoom : Hubble, le télescope spatial

Rougissement, récession et fuite
La seconde observation fondamentale qui a contribué à édifier la cosmologie moderne est celle de l’expansion de l’espace. Cette idée a été longuement et chaudement débattue avant de se voir définitivement acceptée. Albert Einstein s’y était opposé, bien qu’elle figure inscrite dans les équations de la relativité. Il s’agit d’un concept extrêmement novateur. La texture même de l’espace-temps s’étend. Elle emporte dans son élan les galaxies ainsi que leurs amas et les superamas. Autre phénomène surprenant : ce mouvement général ne privilégie aucun centre. Il se produit partout, au même rythme. Sa mise en évidence concrète remonte à 1912. Vesto Slipher, de l’observatoire Lowell, en Arizona, entreprit d’analyser le rayonnement des galaxies les plus brillantes du ciel. Il conclut que onze d’entre eux se trouvaient décalés vers le rouge et quatre vers le bleu. Un effet que l’écrasante majorité des astronomes actuels s’accordent à considérer comme une première signature de l’expansion : les galaxies rougies semblent fuir au loin.

Zoom : Effet Doppler-Fizeau, la sirène de l'ambulance

La confirmation viendra de la collaboration de Milton Humason et Edwin Hubble autour du télescope Hooker, de 2,5 mètres de diamètre, à l’observatoire du mont Wilson, près de Los Angeles, Californie. Le premier s’est attaché à mesurer les vitesses des galaxies. Le second profite de la performance optique de l’instrument pour distinguer des étoiles individuelles dans les univers-îles extérieurs. Il s’en sert d’étalon de luminosité. Il en déduit la distance. En 1929, paraît le résultat de cette confrontation de mesures : les galaxies s’éloignent de la Voie lactée avec une vitesse proportionnelle à leur distance. Les astres deux fois plus lointains fuient deux fois plus rapidement. Seules une poignée de galaxies proches font exception. Parmi celles-ci, la galaxie spirale d’Andromède se rapproche à la vitesse d’un million de kilomètre/heure. Pour le reste, tout s’accorde avec l’idée simple d’un Univers en expansion homogène. Toutes les directions se valent. Le monde est un gigantesque cake. Il gonfle avec le temps. Les galaxies sont les grains de raisin.


Zoom : Les distances dans l'Univers

L’Univers a une histoire
Aucun astre n’occupe une position plus particulière qu’un autre. Une hypothèse que l’astrophysicien anglais Edward Arthur Milne a baptisé le principe cosmologique. En fait, il s’agit d’une nouvelle extension des enseignements historiques de Copernic et Galilée. L’espèce humaine ne joue qu’un rôle mineur dans le cosmos. Notamment, hors de la Voie lactée.
L’expansion, en simplifiant, s’assimile à une gigantesque explosion. En poussant un peu plus loin l’analogie, on remonte le temps dans le passé. On aboutit à l’instant où la matière se trouvait amassée avec une densité infinie. C’est le début de l’histoire. L’instant critique du commencement. L’expression imagée de Big Bang désigne ce scénario standard. L’évolution de l’Univers s’y résume à une émergence violente. Le terme lui-même n’a pas peu contribué à la popularité du modèle. Rappelons qu’il a été inventé, ironiquement, par le Britannique Fred Hoyle… un fervent détracteur ! Aujourd’hui, l’expansion est reconnue comme l’indice le plus direct de la "singularité initiale". Naissance supposée de l’Univers. Les premiers à avoir perçu cette dynamique sont le Russe Alexandre Friedmann (1888 -1925) et l’abbé belge Georges Lemaître (1894-1966).
L’apparente tranquillité des étoiles dans le ciel nocturne est trompeuse. Les Anciens, déjà, se laissaient séduire par son charme. Pendant des siècles, les scientifiques les plus éminents ont travaillé dans l’idée que l’espace et le temps constituent un cadre immuable. Valable de toute éternité. Au-delà du mouvement des étoiles et des galaxies, l’Univers à grande échelle se montrait imperturbable. Désormais, une lame de fond le dilate depuis des milliards d’années. Paradoxe, le mouvement s’accélérerait même depuis peu !


Zoom : Qui a inventé le Big Bang?