Astronomie

L'an 2012

Question :

J’entends beaucoup de choses au sujet de l’an 2012 et je me demande si elles ont un fondement scientifique. Une théorie affirme qu’à cette date, les planètes seront alignées d’une manière particulière et elles feront en sorte que la Terre change de position, occasionnant ainsi des catastrophes naturelles partout et menant à la destruction de la civilisation. J’en ai entendu une autre qui parle d’un trou noir dans lequel la Terre va s’enfoncer, ce qui aboutira au même résultat. Y a-t-il la moindre parcelle de vérité dans tout cela? Est-ce vraiment possible de prédire la future position des planètes et d’autres objets dans l’espace et de prévoir leurs effets sur la Terre? Merci.

Réponse :

Il est tout à fait faux d’affirmer qu’une catastrophe de nature astronomique se produira en 2012. Ce genre d’idée se répand tous les deux ou trois ans; la dernière est véhiculée dans un film récent qui aborde ce thème. Pour autant que nous le sachions, une grande calamité ne s’abattra pas sur nous prochainement.

En utilisant la loi de Newton, nous pouvons prédire avec certitude la position des planètes dans notre système solaire, et nos prédictions s’améliorent davantage lorsque nous nous servons de la loi d’Einstein. S’il existait un trou noir dans notre système solaire qui pouvait menacer la Terre, nous le saurions : il rendrait tous nos calculs erronés et nous ne pourrions pas lancer des vaisseaux spatiaux vers d’autres planètes avec autant de précision!

D’anciens modèles du système solaire semblent indiquer que la gravité des autres planètes ait influé sur l’orbite de la Terre, mais l’effet était minime. Ce genre de changement se produit peu à peu, sur des milliers ou des millions d’années, et non brusquement lors d’un seul événement.

Il n’existe qu’un seul phénomène astronomique susceptible de nous causer de graves problèmes : l’impact d’un astéroïde ou d’une comète. Les astronomes travaillent fort afin de trouver ces objets potentiellement dangereux et, une fois de plus, pour autant que nous le sachions, rien de tel ne viendra s’écraser sur notre planète en 2012.

- Pauline Barmby

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L'orbite de la terre

Question :

Est-ce que c’est vrai que si la terre dévier son orbite de quelque millimètre, sa serait tragique ?

Réponse :

En réponse à votre question, mes collègues et moi sommes tous d’accord à dire que la Terre est déjà sujette à des oscillations dans son orbite. Les effets les plus grands causés par ces oscillations seraient les ères glaciaires. Donc, des effets assez « tragiques » mais non complètement dévastateurs.

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Qu’est-ce qu’un trou noir?

Question :

Qu’est-ce qu’un trou noir?

Réponse :

Les trous noirs sont des objets avec une force gravitationnelle si grande que rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière. C’est pour cette raison qu’on dit qu’ils sont « noirs ».

Pour bien comprendre ce que l’on entend par « s’échapper », prenons l’exemple d’une balle. Si vous la lancez en l’air, elle retombera. Si vous la relancez plus fort, elle retombera encore, mais elle aura passé plus de temps dans les airs. Si vous pouviez la lancer très fort, en lui donnant une vitesse de 11 kilomètres par seconde, elle ne retomberait pas. On dirait alors qu’elle se serait échappée.

La vitesse d’évasion d’un objet dans l’univers, comme la Lune ou le Soleil, dépend de sa masse et aussi de sa dimension. Les objets avec beaucoup de masse concentrée dans une petite taille ont des vitesses d’évasion très élevées. Le trou noir est un objet qui se forme lorsque beaucoup de matière s’agglutine en une très petite région; sa vitesse d’évasion est égale à la vitesse de la lumière. Rien ne peut s’en échapper parce que, comme le stipule la théorie de la relativité d’Einstein, rien ne va plus vite que la lumière.

Néanmoins, les trous noirs ne sont pas des aspirateurs géants, qui avalent tout sur leur passage. Au fur et à mesure qu’on s’éloigne d’un objet, la vitesse d’évasion diminue. Dans le cas des trous noirs, la vitesse d’évasion n’est supérieure qu’à la vitesse de la lumière que lorsqu’on se trouve à proximité. Sinon, les trous noirs agissent comme tout autre objet avec une force gravitationnelle (étoiles, planètes, etc.). Les astres et les étoiles, par exemple, peuvent donc graviter autour d’un trou noir sans s’y écraser. C’est le cas notamment du trou noir au centre de la Voie lactée.

Il existe plusieurs sites Web traitant des trous noirs, si vous voulez en apprendre davantage.
J’aime bien celui-ci (en anglais) : http://hubblesite.org/explore_astronomy/black_holes/

- Pauline Barmby

Réponse 2 :

La plupart des trous noirs sont des étoiles mortes qui, vidées de leurs sources d’énergie, se sont effondrées dans leur « horizon des événements » sous l’effet de la gravité. L’horizon des événements d’un trou noir est la « zone de non retour » : si vous vous y trouviez, vous devriez vous déplacer à une vitesse supérieure à celle de la lumière pour vous en échapper. Or, aucun objet avec une masse ne peut atteindre une telle vitesse, si bien que rien ne peut s’échapper d’un trou noir, pas même la lumière. C’est pour cette raison qu’on parle de « trous noirs ».

La force gravitationnelle d’un trou noir est si forte qu’elle déforme de façon significative l’espace-temps à proximité. (Deux principes fondamentaux de la théorie de la relativité générale d’Einstein stipulent que ce sont les forces gravitationnelles qui forment l’espace et que c’est l’espace qui coordonne le mouvement de la matière et de la lumière).

Si un objet se trouve assez près d’un trou noir, il peut être aspiré dans son horizon des événements, puis y rester. Si le même objet en est assez éloigné, la force d’attraction qu’exerce sur lui le trou noir est pour ainsi dire la même que celle exercée par une étoile ordinaire de même masse. Qu’arriverait-il, donc, si le Soleil se transformait en trou noir? Cela ne se produira pas, rassurez-vous, mais la Terre continuerait à être en orbite autour du Soleil. Elle deviendrait peut être sombre et froide, mais elle exercerait sur nous la même force gravitationnelle et, surtout, elle ne serait pas aspirée par ce trou noir. Après tout, les trous noirs ne sont pas des aspirateurs cosmiques qui avalent tout sur leur passage.

Sur ce, bonnes observations!

- Dr. Jaymie Matthews

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Big Bang

Question :

De quel côté dois-je tourné la tête pour regarder en direction du Big Bang?

Réponse :

N’importe quelle direction est tout aussi bonne. Bien que de nombreuses personnes estiment que l’expression « Big Bang » signifie qu’une grosse explosion s’est produite à un endroit et à un moment précis, l’idée importante du Big Bang est que l’espace lui même s’est élargi et refroidi. Donc, il n’y a eu d’explosion à aucun moment.

La radiation qui est restée du moment où la température de l’univers était beaucoup plus élevée se nomme « fond diffus cosmologique micro-onde », et elle peut être détectée dans n’importe quelle direction où vous pointez votre radiotélescope.

- Pauline Barmby

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Y a t’il une périphérie à l’univers?

Question :

Y a t’il une périphérie à l’univers et peut-on spéculer sur ce qu’il y a au-delà? Espace sans matière, vide absolue…

Réponse :

Au meilleur de nos connaissances, il n’y a pas de limites. Le principe de la relativité générale d’Einstein nous indique que l’espace-temps peut avoir une étendue indéfinie ou définie, mais sans limites. Comment peut-il être défini, mais sans limites?

Imaginez une sphère; elle a une surface définie, mais la surface n’a ni bordure, ni limite. Il peut en être de même pour l’univers, mais en quatre dimensions plutôt qu’en deux, ce qui peut être plus dur à imaginer.

Certaines idées veulent que l’univers ne soit que l’un des nombreux univers intégrés dans un espace de plus grande dimension (les « univers multiples »), mais même dans ce cas, il n’est pas obligatoire qu’il y ait des limites entre les univers, pas plus qu’il y ait de limites entre la gauche et la droite, et le haut et le bas.

Il s’agit de concepts difficiles à exprimer dans une réponse courte. Si vous souhaitez en apprendre plus, il existe bon nombre d’excellents livres sur la cosmologie, l’étude de l’univers. En voici une liste annotée (en anglais) : http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmobib.html.

- Pauline Barmby

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Univers

Question :

Les radiations provenant de la frontière de l’univers nous renseignent sur la nature des objets qui les ont émises il y a 3,7 milliards d’années à l’époque du Big Bang. Pouvons-nous formuler des suppositions sur ce qui pourrait encore exister à la frontière de l’univers aujourd’hui, en ce moment, ou est ce que les premières galaxies de l’univers se sont déjà effondrées et ont disparu? Autrement dit, nous venons tout juste de recevoir une lettre, mais est ce que le bureau de poste d’où elle provient existe toujours?

Réponse :

Lorsque nous regardons loin dans l’univers, nous observons le passé. L’univers est probablement plus ou moins le même partout, et nous pouvons donc supposer que les régions de l’univers que nous observons telles qu’elles étaient il y a 13 milliards d’années ressemblent actuellement beaucoup à l’univers qui nous entoure directement. Par ailleurs, nous pouvons nous servir des lois de la physique et de nos connaissances actuelles sur la façon dont les galaxies évoluent à l’échelle de milliards d’années pour extrapoler ce que sont devenues aujourd’hui ces très jeunes galaxies. Ceci dit, plusieurs des étoiles les plus massives ayant émis de la lumière il y a longtemps n’existent probablement plus, car elles auront épuisé leur hydrogène bien avant que leur lumière ne nous ait atteints (entre temps, toutefois, de nouvelles étoiles se seront formées dans la galaxie).

- Dr. James Di Francesco

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Quel âge a l’univers?

Question :

Quel âge a l’univers? Si la lumière des débuts de l’univers commence tout juste à arriver jusqu’à nous, à un certain moment, la matière, ou à tout le moins ses éléments de base, devaient se déplacer beaucoup plus rapidement que la lumière. Si la lumière est plus rapide que toute matière, nous observons donc… une réflexion, car nous serions toujours de plus en plus en retard sur l’explosion du big bang et sa lumière. Si nous étions à l’intérieur de l’explosion du big bang, est-ce que ça signifie que la lumière s’éloigne de nous? Si nous étions à l’extérieur de l’explosion du big bang, est-ce que l’explosion a généré assez de puissance, dans un espace sans friction, pour nous faire voyager plus rapidement que la lumière, et que seule la gravité du noyau du big bang, maintenant devenu l’univers, nous ralentit assez pour que nous puissions voir la lumière?

Réponse :

L’univers a environ 13,75 milliards d’années. Nous en arrivons à ce nombre par l’observation du fond diffus cosmologique (FDC), qui est constitué de la lumière résiduelle du Big Bang et correspond à la limite de l’univers visible. Le FDC nous révèle que l’univers a déjà été chaud et dense, et le fait qu’il soit maintenant plus froid et beaucoup moins dense nous indique qu’il est en expansion. La première observation appuyant l’idée d’un univers en expansion a été effectuée par Edwin Hubble, qui avait remarqué que les galaxies les plus lointaines semblaient s’éloigner de nous plus rapidement. Ce fait impliquait que ces galaxies devaient tirer leur origine d’un point unique, la singularité du Big Bang.

Maintenant, il est vrai qu’aucun objet (ou particule) ne peut se déplacer plus rapidement que la lumière, mais l’espace lui-même peut s’étendre plus rapidement que la vitesse de la lumière, car l’espace n’est pas fait de matière. Une façon de voir les choses est de dire que les galaxies ne s’éloignent pas de nous avec l’expansion de l’univers, mais sont en fait immobiles dans l’espace et que c’est ce dernier qui est en expansion, à une vitesse plus rapide que celle de la lumière. La théorie de la relativité d’Einstein nous dit que les objets voyageant dans l’espace ne peuvent pas se déplacer plus rapidement les uns par rapport aux autres que la vitesse de la lumière, mais la théorie n’impose aucune limite quant à la vitesse d’expansion de l’espace lui-même.

Comme la vitesse de la lumière est finie, lorsque nous observons un objet dans l’espace, nous le voyons tel qu’il était au moment où la lumière l’a quitté. Donc, si une galaxie est située à 2,5 millions d’années-lumière, nous l’observons telle qu’elle était il y a 2,5 millions d’années. De plus, parce que l’univers est en expansion, la lumière va être étirée et deviendra plus rouge (on appelle ce phénomène le « décalage vers le rouge »). Cela signifie que la lumière du FDC, qui au moment de son émission était de la lumière dans le spectre visible, est maintenant, 13,75 milliards d’années plus tard, dans la gamme des micro-ondes (essentiellement des ondes radio). Cette lumière des débuts de l’univers nous atteint depuis qu’elle a été émise, mais sa longueur d’onde s’est progressivement décalée vers le rouge alors que l’univers prenait de l’expansion et que de la lumière provenant de régions plus éloignées de l’univers nous parvenait.

- Ilana MacDonald

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Pourquoi Vénus tourne-t-elle à contresens?

Question :

Pourquoi Vénus tourne-t-elle à contresens?

Réponse :

Réponse courte : Personne ne sait vraiment pourquoi.

Réponse détaillée : Deux grandes théories ont été établies pour l’expliquer.

(1) On pourrait s’attendre à ce qu’une planète tourne dans le sens de son déplacement autour du soleil, puisqu’elle s’est formée à partir d’un disque de matière qui tournait dans cette direction pendant la formation du système solaire. Cependant, au cours des dernières étapes de formation des planètes, celles-ci entrent en collision avec de gros corps célestes appelés « planétésimaux » et, si l’un de ces planétésimaux heurte la planète à un angle rasant, il peut la faire basculer (techniquement on dit qu’il applique un couple), modifiant ainsi son axe de rotation. Si cela est le cas, la direction de rotation finale d’une planète dépendra de la manière dont elle a été bousculée au cours des dernières étapes de sa formation. Cette théorie explique aussi pourquoi l’axe de rotation d’Uranus est perpendiculaire à l’axe de rotation de la plupart des autres planètes (son axe de rotation est dans le plan de son orbite autour du Soleil) et pourquoi l’axe de rotation des autres planètes du système solaire ont des angles différents (par exemple, la Terre est penchée sur un axe d’environ 23 degrés par rapport au plan de son orbite autour du Soleil).

(2) Une planète doit conserver son moment angulaire total, qui est directement lié à son axe de rotation net. L’axe de rotation net se compose de l’axe de rotation de son noyau (le noyau de fer de la planète), de son manteau (la masse rocheuse de la planète) et de son atmosphère. Parce que le noyau de Vénus semble liquide (comme dans le cas de la Terre) et que son atmosphère est dense, la force de friction peut échanger du moment angulaire entre le noyau et le manteau ou entre l’atmosphère et le manteau, ce qui peut entraîner un changement dans l’axe de rotation du manteau en changeant les axes de rotation du noyau et/ou de l’atmosphère. Il se peut donc que les interactions entre les différentes couches de Vénus aient modifié l’inclinaison du manteau de la planète de sorte que sa rotation semble rétrograde. C’est l’axe de rotation du manteau que nous considérons comme l’axe de rotation de la planète car c’est la partie que nous voyons tourner. Le fait que Vénus a une période de rotation très longue aide à corroborer cette théorie (un jour sur Vénus équivaut à 117 jours sur Terre!).

- Sabine Stanley

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La vitesse de la lumière

Question :

Ma question concerne la vitesse de la lumière par rapport à l’expansion de l’univers. Lorsque nous observons des galaxies et des étoiles lointaines, nous les voyons comme elles étaient il y a plusieurs millions ou milliards d’années. Si l’univers s’élargit aujourd’hui, pouvons-nous présumer qu’il était plus petit au moment où la lumière de ces galaxies lointaines est apparue? Et dans l’affirmative, cette lumière ne nous aurait-elle pas déjà joints puisque la distance nous séparant d’elle était alors plus courte? Comme je crois que la réponse est « non », est-ce que cela signifie que l’expansion de l’univers se produit à un rythme plus rapide que la vitesse de la lumière, de manière à ce que l’augmentation de la distance entre nous et la lumière se produise à une vitesse plus élevée que la vitesse de la lumière en soi?

Réponse :

Vous êtes sur la bonne voie. Pensons à la lumière qui quitte un objet lointain pour voyager jusqu’à nous. Si l’univers ne s’élargissait pas, le nombre d’années que la lumière prendrait pour se rendre serait égal à la distance en années-lumière. Nous voyons donc l’objet tel qu’il était dans le passé (ceci est même vrai pour les étoiles rapprochées qui se trouvent dans notre galaxie, la Voie lactée, qui ne s’élargit pas). Pour certains objets se trouvant à de très grandes distances, même l’âge de l’univers ne constitue pas une durée assez longue pour permettre à la lumière de nous joindre.

L’univers prend de l’expansion, mais pas nécessairement à un rythme constant. Donc, comme vous le dites, cela signifie que la lumière doit rattraper la distance de plus en plus grande entre nous et les objets lointains. Cela se produit même si la distance nous séparant des objets lointains s’accroit plus lentement que la vitesse de la lumière; la lumière doit encore couvrir la distance « supplémentaire ». Mais il est également possible que la distance s’accroisse plus vite que la vitesse de la lumière; il ne s’agit pas d’une contradiction de la relativité restreinte d’Einstein.

Le tutoriel sur la cosmologie (en anglais seulement) de Ned Wright constitue une bonne référence pour ce type de questions :

http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm.

- Pauline Barmby

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La Lune

Question : J’écris un roman qui porte sur une civilisation sur la Lune et j’ai besoin d’aide concernant certains faits essentiels!  Est-ce que le pôle Nord de la Lune est le côté continuellement exposé à la lumière du soleil, et où se trouve le cratère Plaskett?

Réponse : Il y a des endroits près des deux pôles lunaires qui reçoivent un ensoleillement presque continu. Le pôle Sud suscite habituellement plus d’intérêt parce qu’on y trouve la plus grande superficie à l’intérieur de cratères qui ne reçoit *jamais* la lumière du soleil, ce qui est le cas dans le fond de nombreux cratères. La glace peut persister dans ces zones d’ombre perpétuelle. Il en est de même pour le pôle Nord lunaire, mais la superficie totale à l’ombre y est moins grande.

Plaskett est situé à proximité du pôle Nord lunaire, mais sur la face cachée de la Lune.

Question : Quelle est la température moyenne pendant le jour et au cours de la nuit au cratère Plaskett?

Réponse : L’instrument Diviner du Lunar Reconnaissance Orbiter a permis de mesurer la température dans les régions à l’ombre et a montré que, à l’intérieur de certaines de ces régions, la température peut descendre jusqu’à -248 °C (à peine 25 degrés au-dessus du zéro absolu!). Les régions polaires qui reçoivent la lumière du soleil presque constamment ont une température moyenne d’environ -170 °C (100 degrés au-dessus du zéro absolu) en raison du faible angle d’incidence de la lumière du soleil sur la surface. (À titre de comparaison, à l’équateur lunaire, les variations de température entre la nuit et le jour sont d’environ -150 °C à +100 °C.)

Question : Y a-t-il des changements de saison comme sur la Terre, avec des variations de température au cours de l’année?

Réponse : Pas vraiment. Les saisons sur la Terre s’expliquent par l’inclinaison de notre planète sur son axe de rotation par rapport au plan de son orbite. Cette inclinaison est de 23,5 degrés. L’inclinaison de l’axe de rotation de la Lune n’est que de 1,5 degré, de sorte qu’il n’y a pas de variation saisonnière importante de la température de surface pendant que le système Terre-Lune orbite autour du Soleil.

Question : À quoi ressemblerait un calendrier lunaire? Y a-t-il 27 jours pour une rotation complète?

Réponse : Le mois synodique (environ 29,5 jours, soit l’intervalle d’une pleine lune à la pleine lune suivante) correspondrait à la durée d’un « jour » sur la Lune.

La seule définition d’un « mois » pour la Lune serait le cycle des phases de la Terre observées depuis la Lune. Cela correspondrait au mois synodique défini ci-dessus. Ainsi, le jour et le mois sur la Lune sont de même durée.

L’année sur la Lune aurait essentiellement la même durée que l’année terrestre. Le système Terre-Lune décrit une orbite complète autour du Soleil en environ 365,25 jours, ce qui correspond fondamentalement à une année sur la Lune. Le point qui tourne autour du Soleil est le centre de masse du système Terre-Lune (soit le point d’« équilibre » du mouvement orbital mutuel des deux planètes, l’une autour de l’autre). Il peut y avoir une légère différence dans la définition stricte de l’année pour la Lune, en ce qui a trait au moment où elle revient au même point dans le ciel, tel qu’on l’observerait à partir du Soleil. Tout dépend de la précision avec laquelle vous souhaitez déterminer un calendrier pour un habitant de la Lune.

-Dr. Jaymie Matthews

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La forme de notre galaxie

Question :

Lors d'une émission télévisée (et aussi sur le site de la NASA), on nous montrait notre galaxie avec toutes ces belles planètes. Pourquoi notre galaxie est dans un seul plan? Pourquoi ce n'est pas, par exemple, sphérique avec le soleil au centre?

Réponse :

Notre galaxie, la Voie lactée, est à la fois plate et sphérique. Les étoiles et le gaz que nous pouvons voir forment un disque aplati entourant un bulbe central (ce qui lui donne l’aspect d’une soucoupe volante), mais la matière sombre invisible qui constitue la plus grande partie de la masse de la galaxie forme une sphère beaucoup plus grande dont nous sommes proches du centre.

Pour commencer, pourquoi les étoiles et le gaz sont-ils en orbite dans le même plan?

La réponse est essentiellement la même que celle donnée à cette autre question : « Pourquoi toutes les planètes du système solaire orbitent-elles plus ou moins dans le même plan? » La réponse est : à cause du moment angulaire.

Le gaz qui a formé notre galaxie et les autres était jadis peu densément distribué à travers l’espace puis, sous l’influence de la gravité, de grands nuages de gaz ont commencé à s’écrouler sous leur propre poids. En s’effondrant, ces nuages ont formé des étoiles et se sont concentrés pour former des galaxies. Ces nuages étaient en rotation, en d’autres mots : ils avaient un moment angulaire, une propriété conservée dans la nature. À cause de la conservation du mouvement angulaire, si un nuage se contracte sans gagner de masse, il devra tourner plus rapidement. (C’est ce que ressent une patineuse artistique glissant sans frottement sur la glace lorsque, pendant une pirouette, elle tourne plus rapidement lorsqu’elle ramène ses bras et ses jambes près de corps.) Le gaz a continué de tomber vers le milieu de la galaxie naissante, parallèlement à l’axe de rotation, mais dans le plan équatorial, à cause de l’accélération centrifuge, il ne s’écroule pas vers le centre. (Tout comme vous êtes pressé contre votre siège dans un manège rapide dans un parc d'attractions.) Nous obtenons ainsi un disque plat composé de gaz et d’étoiles en rotation.

À plus petite échelle, ce même scénario s’est reproduit lors de la formation du système solaire et c’est pourquoi les orbites des planètes ne ressemblent pas à l’image caricaturale de la trajectoire des électrons dans un atome.

La naissance de la Voie lactée est plus compliquée et n’est pas parfaitement comprise. Une partie du gaz a formé des étoiles avant d’avoir pu s’aplatir, c’est pourquoi la Voie lactée présente un « halo » sphérique formé des plus vieilles étoiles de la galaxie (et possiblement de l’Univers). Comme pour toute bonne biographie, l’histoire ne se termine pas à la naissance. Des galaxies peuvent en avalant d’autres galaxies plus petites, grossir et changer d’apparence. C’est ce que l’on appelle le « cannibalisme galactique ». Ainsi, certaines galaxies ressemblent plus à des œufs qu’à des soucoupes volantes.

Les galaxies peuvent aussi entrer en collision, mais sans se toucher réellement à cause des distances énormes entre les étoiles dans une galaxie. La gravité peut créer une nouvelle galaxie à partir de la collision de deux galaxies. Dans un accident d’automobile, une plus grande vitesse entraîne de plus grands dégâts, mais une collision lente de galaxies produit des résultats plus spectaculaires, car la gravité a suffisamment de temps pour modifier les orbites des étoiles et du gaz.

La plus grande partie de la masse de notre galaxie n’est toutefois pas sous la forme d’étoiles et de gaz que nous pouvons voir, mais sous la forme de « matière sombre » qui interagit peu avec la matière normale, hormis par ses effets gravitationnels. (Ce sont ces effets qui ont conduit à sa découverte.) La matière sombre de notre galaxie est distribuée en une immense sphère et la partie visible de la Voie lactée n’est qu’un petit disque en son centre, qui s’est formé sous l’influence de la gravité exercée par le halo de matière sombre. Pour certains théoriciens, une définition plus réaliste d’une galaxie spirale comme la Voie lactée est « une sphère immense de matière sombre avec un petit ramassis d’étoiles et de gaz en son centre ».

Ainsi, selon différents points de vue, la Voie lactée est brillante et aplatie et le Soleil est proche de son bord externe; ou elle est aussi beaucoup plus grande, sombre et sphérique et le Soleil n’est pas très loin de son centre (ou au fond d’un profond puits gravitationnel).

- Dr Jaymie Matthews

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La taille de l'univers

Question :

Est-ce que l'on considère encore l'univers comme étant infini ou limité à 13.7 milliards d'année lumière d'espace. Aussi, si on retourne au Big Bang il y a 13.7 milliards d'année, quel était la dimension de l'univers et était-il toujours infini? Peut-on faire le même raisonnement avec le temps?

Réponse :

Il existe plusieurs « tailles » différentes utilisées pour décrire l'univers. L'une d'entre elles est la taille de l'univers observable --- la distance parcourue par la lumière avant de parvenir jusqu'à nous depuis le Big Bang. Vous vous dites probablement que, si l'univers a 13,8 milliards d'années (la nouvelle estimation la plus précise), alors sa taille devrait être de 13,8 milliards d'années-lumière. En fait, sa taille est plus grande, car l'univers a toujours pris de l'expansion et la distance observable la plus éloignée est d'environ 47 milliards d'années-lumière.

La taille de l'univers observable s'est étendue depuis le Big Bang. Cependant, nos connaissances les plus récentes indiquent que l'univers entier est infini et l'a toujours été. Selon nous, il n'en va pas de même pour le temps : lorsque nous observons l'espace, nous devons remonter dans le temps parce que la lumière n'arrive pas jusqu'à nous de façon instantanée. Nous savons que les conditions étaient différentes dans le passé – par exemple, l'univers était plus chaud et plus dense – ce qui est un élément important de l'argument selon lequel le temps ne serait pas infini, mais qu'il y aurait eu une sorte de moment initial particulier.

- Pauline Barmby

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Les trous noirs sont-ils visibles?

Question :

Les trous noirs sont-ils visibles? Je me pose cette question parce que je pensais que les astronautes et leurs engins spatiaux pourraient ne pas être en sûreté s’ils ne peuvent pas savoir où ils se trouvent.

Réponse :

Par définition, les trous noirs sont invisibles parce que leur gravité est si forte que même la lumière ne peut s’échapper de leur surface. Les trous noirs sont des objets très denses ayant un point central appelé « singularité », où toute la masse du trou noir est contenue. Ce que nous appelons normalement le bord d'un trou noir est une limite invisible appelée « horizon des événements », qui est la distance entre la singularité et un point où un objet devrait voyager à la vitesse de la lumière pour échapper à la gravité du trou noir. Cela signifie que rien de ce qui approche assez d'un trou noir ne peut lui échapper, pas même la lumière!

Cela ne signifie pas qu'il est impossible de détecter un trou noir. En fait, il y a plusieurs façons de détecter indirectement les trous noirs. Si un trou noir est dans un système binaire avec une autre étoile, il est possible de voir les effets de la gravité du trou sur sa compagne, Donc, si vous voyez une étoile en orbite autour de quelque chose dans l'espace, mais que ce quelque chose est invisible, il y a des chances qu’elle soit en orbite autour d'un trou noir. L'autre façon de détecter un trou noir consiste à détecter la lumière provenant de la matière qui tombe dans le trou. Par exemple, si un trou noir et une étoile massive sont en orbite proche l’un autour de l'autre, la matière de l'étoile pourrait commencer à tomber dans le trou noir. Lorsque le gaz provenant de l’étoile s’approche, il forme un disque tournant rapidement autour du trou noir qui se nomme disque d'accrétion et, parce que le gaz tourne si rapidement, il se réchauffe et émet une forme très énergique de lumière appelée rayons X. De nombreuses sources lumineuses de rayons X étudiées par les astronomes sont ces disques d'accrétion.

En ce qui concerne les astronautes errants dans un trou noir, je suis d’avis que nous n'avons pas à nous en faire beaucoup. Une idée fausse largement répandue est que les trous noirs sont des aspirateurs cosmiques, mais si vous êtes assez loin, un trou noir aura la même force gravitationnelle que n'importe quel objet ayant la même masse. Autrement dit, si le Soleil devait se transformer subitement en un trou noir de même masse, l'orbite de la Terre ne serait pas changée. Donc, un trou noir dans notre galaxie n'aura pas une force gravitationnelle supérieure juste parce que c'est un trou noir, et un astronaute n'aurait pas à s'inquiéter à moins qu'il s'approche de l'horizon des événements du trou noir.

En outre, les trous noirs qui ont été détectés à ce jour sont à des milliers d'années-lumière, ce qui est beaucoup, beaucoup plus loin que toute distance parcourue par un astronaute. En fait, le voyage dans l’espace est limité à notre propre système solaire, au bord duquel est passé le nuage de Oort (un nuage de débris en orbite autour du Soleil d’où proviennent les comètes), à un peu moins de deux années-lumière. Le plus proche trou noir que nous connaissons est Cygnus X-1 et il est à plus de 6000 années-lumière. En comparaison, le système d’étoiles le plus proche, Alpha du Centaure, est à un peu plus de 4 années-lumière. Avec ce genre de distances, même si nous avions la technologie pour voyager dans les étoiles les plus proches, les chances de tomber sur un trou noir seraient très minces.


- Ilana MacDonald

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Le nuage du Big Bang

Question :

D'ou vient le nuage du Big bang?

Réponse :

La théorie cosmologique de l’explosion initiale, ou théorie du « Big Bang », est celle qui est la plus couramment admise pour expliquer les débuts de l’Univers et l’observation de son expansion. D’après la théorie, l’Univers était initialement très petit et très dense et il a depuis vécu une expansion et un refroidissement continus. Nous disposons de preuves à l’appui de cette théorie, à commencer par la découverte par Edwin Hubble, en 1929, que la plupart des galaxies semblent s’éloigner de la nôtre et que, plus elles sont éloignées, plus elles le font rapidement. Un autre élément de preuve est la découverte par Arno Penzias et Robert Wilson du rayonnement provenant de l’origine de l’Univers, le fond diffus cosmologique. 

Le fait que nous savons que l’Univers a débuté selon la théorie du Big Bang ne signifie pas que nous savons exactement comment il a commencé ou d’où il provient. On spécule encore beaucoup sur ce qui s’est produit tout au début, mais nous savons certaines choses sur ce qui s’est produit tôt dans son histoire. Nous croyons que 0,0000000000000000000000000000000000001 seconde environ après sa naissance, à cause d’un processus appelé « inflation », l’Univers a subi une expansion extrêmement rapide depuis un état très dense et homogène. Ce processus a donné lieu à la création des premières particules (quarks, électrons et autres particules élémentaires). L’Univers était alors tellement chaud que les particules naissaient et se désintégraient dans une ronde continuelle. À 0,000001 seconde, l’Univers était suffisamment refroidi pour permettre la formation des premiers protons et neutrons et, lorsqu’il n’avait que quelques minutes d’existence, les premiers atomes d’hélium se sont synthétisés. Pendant les 300 000 années suivantes environ, il était un plasma chaud, c’est-à-dire que les électrons de tous les atomes flottaient librement jusqu’à ce qu’il se fût suffisamment refroidi pour que les noyaux et les électrons puissent se recombiner pour former du gaz neutre. C’est à ce moment-là que le rayonnement du fond diffus cosmologique est apparu.

Presque chaque atome que nous voyons aujourd’hui dans l’Univers a été créé au courant des premières secondes suivant le Big Bang. Le gaz s’est écroulé sur lui-même pour former des étoiles et des galaxies, puis des planètes et même des humains. Nous sommes tous constitués de particules issues du Big Bang! Donc, même si nous ne savons pas exactement d’où provient la matière à l’origine de l’Univers, nous savons par contre comment les premiers gaz se sont formés et comment ils ont été transformés en tout ce qui constitue l’Univers actuel.

- Ilana MacDonald

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