Big Bang et au-delà : les origines astronomiques de l’univers – 1re partie

Ce billet donne le coup d’envoi à notre parcours photographique de trois parties sur l’histoire de l’univers! Lisez-le pour prendre connaissance des événements clés qui ont mené à la création de nos parcs provinciaux et du monde naturel dans lequel on vit.

Vous êtes-vous déjà demandé « comment tout a commencé » en observant un ciel étoilé?

Nous discuterons aujourd’hui des origines de l’univers, de l’évolution des galaxies et des amas globulaires, ainsi que de l’histoire des premières étoiles et supernovæ.

Dans la 2e partie, nous vous renseignerons sur la naissance des étoiles et leur cycle de vie, y compris sur la formation des planètes. Enfin, dans la 3e partie, nous discuterons de la mort des différentes étoiles.

Passons à notre récit sur les origines!

Les origines de l’univers

Le « début » s’explique de nombreuses façons et toutes les explications sont précieuses.

Ces explications ne sont ni bonnes ni mauvaises; elles nous offrent diverses perspectives ainsi que des idées nouvelles sur le début de l’univers.

Personnes observant des aurores boréales

Ces perspectives différentes nous poussent à mettre en doute nos hypothèses et à poser des questions difficiles qui mènent au bout du compte à une meilleure compréhension.

Selon l’explication scientifique reconnue, l’univers que nous connaissons s’est formé il y a 13,77 milliards d’années lorsqu’une singularité (un point incroyablement massif et chaud sans dimension dans l’espace) est entrée en éruption et a pris de l’expansion.

La recherche en cosmologie vise à comprendre les origines de ce « Big Bang » et son évolution en détail, ce qui n’est pas l’objectif du présent billet. Les personnes qui souhaitent en savoir plus peuvent faire des recherches dans de nombreuses sources universitaires en ligne, et visiter les sites de la NASA et de l’ESA.

Photo : Collaboration de l’ESA (satellite Planck)

Dans l’image ci-dessus prise par le satellite Planck de l’Agence spatiale européenne, on peut encore voir les restes du Big Bang en tant que rayonnement cosmologique fossile (RCF), qui provient de partout dans le ciel.

Le rouge représente des énergies et des températures faibles (densité élevée), tandis que le bleu représente des énergies et des températures élevées (densité faible). Les galaxies, qui comptent des milliards d’étoiles, se sont formées dans les régions plus denses (rouges).

Environ 1 % de la « neige » que l’on voit sur une télé non syntonisée est attribuable à l’énergie produite pendant le Big Bang. La prochaine fois que vous regarderez une télé non syntonisée, rappelez-vous que ces particules remontent au tout début de l’univers.

Les premières étoiles

À ses tout débuts, l’univers ne contenait que de l’hydrogène et du deutérium, qui ont finalement produit de l’hélium et une infime quantité d’hithium.

Il n’y avait aucun autre élément. Aucun carbone pour former des composés organiques, aucun oxygène qui se jumelait à l’hydrogène pour produire de l’eau, et aucun calcium pour former le squelette des animaux.

Ces éléments allaient venir plus tard.

Les astronomes croient que les premières étoiles étaient des boules massives d’hydrogène ayant atteint d’immenses proportions étant donné qu’il n’y avait essentiellement que ce gaz. Ces très grandes étoiles étaient peut-être 100 fois plus massives que le Soleil.

Il a fallu quelques centaines de millions d’années après le Big Bang pour que les étoiles, les gaz et la matière noire forment les galaxies, qui peuvent compter des centaines de milliards d’étoiles.

Les étoiles se sont également agglomérées pour former des éléments plus petits que des galaxies, soit des amas globulaires qui contiennent jusqu’à des centaines de milliers d’étoiles.

Les galaxies

Les galaxies évoluent et interagissent depuis qu’elles se sont formées il y a plus de 13 milliards d’années.

Andromède, qui se trouve à environ 2,54 millions d’années-lumière, est la grande galaxie la plus près de la nôtre.

On peut y observer de nombreux détails qui, selon les astronomes, existent dans notre propre Voie lactée. La partie centrale de la galaxie est le noyau ou le bulbe central. Cette partie centrale et les bras spiraux intérieurs contiennent en général de nombreuses étoiles plus jaunes.

À l’extérieur du bulbe central, on peut voir les bras spiraux extérieurs plus bleus.

Nous discuterons de la raison expliquant la différence de couleur des étoiles dans notre mise à jour de novembre!

Photo : Réfracteur de 0,13 mètre dans la coupole Kchi Waasa Debaabing du complexe de l’observatoire du parc provincial Killarney

Dans l’image ci-dessus, la galaxie Andromède, accompagnée d’une galaxie sur chaque côté, se démarque fièrement à l’avant-plan.

La galaxie M32 se trouve sur le côté supérieur droit, tandis que la galaxie M110 (NGC205) est située dans le centre inférieur droit. La gravité de ces galaxies influe sur la forme et les caractéristiques d’Andromède.

Notre galaxie, la Voie lactée, Andromède et un certain nombre d’autres galaxies forment ce que les astronomes appellent le « groupe local » de galaxies.

La formation de la Voie lactée remonterait à 13,5 milliards d’années. La Voie lactée mesure plus de 100 000 années-lumière de diamètre et environ 1 000 années-lumière d’épaisseur, et compte jusqu’à 400 milliards d’étoiles.

Notre système solaire se trouve à mi-chemin entre le centre et l’extrémité de la Voie lactée, et met environ 250 millions d’années pour faire une orbite complète. L’univers visible compterait jusqu’à 1 billion de galaxies!

Amas globulaires

Les amas globulaires tournent autour des galaxies massives comme le font les abeilles autour d’une ruche.

Dans la vue rapprochée d’une section de la galaxie d’Andromède ci-dessous, nous avons encerclé un amas globulaire (G114); la galaxie d’Andromède compte toutefois des centaines d’amas globulaires.

Les amas globulaires sont des agglomérations de dizaines de milliers ou même de millions d’étoiles retenus par gravité.

Même si leur formation n’est pas bien comprise, nous savons que les amas globulaires orbitent autour du noyau de leur galaxie hôte. Leur forme sphérique découle de la grande force gravitationnelle qu’exercent toutes les étoiles les unes sur les autres.

M13, le « Grand Amas d’Hercule », que l’on voit dans l’image ci-dessous, est situé à 22 000 années-lumière de la Terre, soit 100 fois plus près que G114.

La première transmission intentionnelle d’un message vers l’extérieur de notre système solaire a été effectuée par radiotélescope en 1974. Toutefois, en raison de la distance et du temps nécessaire pour envoyer un message de retour, on pourrait devoir attendre 44 000 ans, même à la vitesse de la lumière, avant de recevoir une réponse s’il y a une autre forme de vie et de pouvoir y donner suite!

M13 est l’un des premiers objets que trouvent les astronomes amateurs après la lune et les planètes. Il est facile à voir avec des jumelles et spectaculaire à observer avec un télescope dans le ciel nocturne de nos parcs.

Qu’est-il arrivé aux premières étoiles?

Les étoiles convertissent l’hydrogène en combustible thermonucléaire pour produire…

  • de l’hélium
  • de l’oxygène
  • du nitrogène
  • du sodium
  • du silicium

…et du fer pour ne nommer que ces éléments!

À la fin de leur vie, ces étoiles massives ont explosé et sont devenues des supernovæ ou des hypernovæ.

La couche de débris a transporté de nouveaux éléments dans le plasma interstellaire à proximité, ensemençant l’espace pour la prochaine génération d’étoiles.

Photo : Réfracteur de 0,06 mètre sur un télescope de 0,41 mètre dans la coupole Kchi Waasa Debaabing du complexe de l’observatoire du parc provincial Killarney

Les supernovæ sont des manifestations extraordinaires qui peuvent être plus brillantes qu’une galaxie entière pendant quelques semaines.

L’onde de choc d’une supernova se propage dans toutes les directions et charge les gaz présents entre les étoiles. Ce gaz chargé rougeoie et est spectaculaire lorsqu’il est photographié avec le bon équipement.

L’image ci-dessous montre les dentelles du Cygne, créées à partir d’une supernova qui a explosé il y a 10 000 ou 20 000 ans.

C’était la première partie de notre voyage astronomique!

Restez à l’affût de la 2e partie qui sera mise en ligne en novembre!

Remarque : À moins d’indication contraire, toutes les images astronomiques utilisées dans cette série ont été prises à l’aide de l’équipement de l’un de nos deux observatoires au parc provincial Killarney; Waasa Debaabing, « voir loin (à vue d’œil) » et Kchi waasa Debaabing, « voir très loin (à perte de vue) ».