Les structures de l'univers

Notre planète Terre est réduite à bien peu de choses quand on regarde l'immensité du cosmos... Mais comment est organisé notre univers ? Nous savons depuis quelques dizaines d'années que l'univers se trouve être beaucoup plus hétérogène qu'on ne le pensait jusqu'alors. Cet article va vous expliquer comment il se structure.

Le système solaire

Commençons par l'endroit où nous habitons, la Terre. La Terre est en orbite autour d'une étoile qu'on appelle communément le Soleil. Autour du Soleil tournent également d'autres planètes. A ce jour, on dénombre officiellement 8 planètes : Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Mais d'autres corps sont également en orbite autour du Soleil, c'est le cas des comètes, des astéroïdeCaillou plus ou moins gros qui flotte dans l'espace autour du Soleil.s etc...
Cet ensemble, qui s'étend sur environ une année-lumièreDistance que parcourt la lumière durant une année dans le vide. C'est équivalent à 9460 milliards de kilomètres. Cette unité est utilisée pour les mesures cosmiques. de rayon est appelé le système solaire. D'après les estimations, notre étoile serait née il y a environ 5 milliards d'années et il lui reste au moins autant à vivre.
L'étoile la plus proche du Soleil est située à environ 4 années-lumière, ce qui fait du Soleil un astre relativement isolé dans le cosmos.

La galaxie

Le système solaire se trouve au sein d'une structure bien plus immense : la Voie LactéeLa Voie Lactée est la galaxie dans laquelle nous nous trouvons. On la voit de l'intérieur sous forme de bande laiteuse dans le ciel.. La Voie LactéeLa Voie Lactée est la galaxie dans laquelle nous nous trouvons. On la voit de l'intérieur sous forme de bande laiteuse dans le ciel. est une galaxie comme il en existe près d'une centaine de milliards dans l'univers.

Notre galaxie, la Voie Lactée

Le système solaire n'est pas grand chose comparé à l'immense structure qui l'abrite. Notre galaxie, la Voie LactéeLa Voie Lactée est la galaxie dans laquelle nous nous trouvons. On la voit de l'intérieur sous forme de bande laiteuse dans le ciel. est un gigantesque rassemblement d'étoiles contenant plus de 100 milliards d'étoiles, autour desquelles gravitent parfois des planètes comme dans notre système solaire.
La Voie LactéeLa Voie Lactée est la galaxie dans laquelle nous nous trouvons. On la voit de l'intérieur sous forme de bande laiteuse dans le ciel. est une galaxie spirale contenant quatre bras principaux nommés : Bras Ecu-Croix, Bras de la Règle, Bras Sagittaire-Carène et Bras de Persée. Toutefois, les astronomes ne peuvent être sûr d'eux car nous nous trouvons à l'intérieur.

Position du système solaire

Le système solaire se trouve plûtot à la périphérie de notre galaxie à environ 28 000 années-lumière de son centre. Concrètement, le Soleil se situe dans l'un des quatres bras de la Voie LactéeLa Voie Lactée est la galaxie dans laquelle nous nous trouvons. On la voit de l'intérieur sous forme de bande laiteuse dans le ciel., le bras spiral majeur appelé aussi "bras Sagittaire-Carène".
Au tout début du XXe siècle, on croyait que le Soleil occupait le centre de la GalaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe., à laquelle on attribuait un diamètre de 25 000 années-lumière (un quart de ce qu'il est réellement). Ce modèle établi en 1900 par l'astronome hollandais Jacobus Kapteyn (1851-1922) fut remit en cause en 1917 par l'astronome américain Harlow Shapley (1885-1972) qui déduisit d'observations indirectes que la galaxie devait avoir un coeur massif situé au delà de l'univers de Kapteyn, ruinant définitivement l'espoir que le Soleil soit au centre de quelque chose.

Structure d'une galaxie

Les galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s sont d'immenses structures regroupant des dizaines voir même des centaines de milliards d'étoiles. Elles peuvent prendre plusieurs formes : elliptiques, spirales ou irrégulières.
Les galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s spirales telles que la nôtre contiennent un bulbe galactique qui renferme généralement un trou noir supermassif. Pour en savoir plus voir : La Voie Lactée et La forme des galaxies.

Les amas de galaxies

Un amas de galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s est un regroupement de galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s liées entre elle par leur force de gravitation. De ce fait, ce sont des structures relativement stables car aucun membre ne peut s'échapper de l'amas qui le contient.

Rassemblement des galaxies

Même si on sait que les galaxies d'un amasUn amas est une concentration d'étoiles d'origine commune et liées entre elles par la gravitation.
sont liées entre elles par leur force de gravitationAttraction universelle qui s'exerce entre les corps : plus un corps est massif, plus sa force d'attraction est forte. La gravitation est l'une des forces qui régit l'Univers., on ignore encore ce qui a pu déclencher ce processus. Les amas de galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s se sont formés relativement tôt, au plus tard 3 milliards d'années après le Big BangLe Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années.. Or la théorie du Big Bang stipule qu'après la naissance de l'Univers, l'énergie et la matière étaient réparties de façon homogène dans tout l'espace. Seulement, d'après les observations, 3 milliards d'années seulement après le Big BangLe Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années., les galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s étaient déjà regroupées en amas. Qu'est-ce qui a bien pu transformer en si peu de temps un univers homogène en un univers aussi hétérogène ? On l'ignore encore. Car si l'attraction gravitationAttraction universelle qui s'exerce entre les corps : plus un corps est massif, plus sa force d'attraction est forte. La gravitation est l'une des forces qui régit l'Univers.elle est bien responsable de la cohésion des structures, cette force ne se met à agir que lorsqu'il existe déjà des structures relativement massives. Pour que ce processus ait pu être amorcé, il faut un déclencheur. Face à cette énigme, les astronomes se penchent sur la question de la matière noire, qui constituerait 90% de la masse de l'univers. Malheureusement, personne n'a encore pu mettre en évidence la présence d'une telle matière.

Le Groupe local

L'amas dans lequelle se trouve notre galaxie est appelé Groupe local. Ce groupe compte une trentaine de galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s dont les plus massives sont la Voie LactéeLa Voie Lactée est la galaxie dans laquelle nous nous trouvons. On la voit de l'intérieur sous forme de bande laiteuse dans le ciel., la Galaxie d'Andromède et la GalaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe. du Triangle. C'est grâce à ces trois géantes que l'amas garde son intégrité. On sait que toutes les galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s du groupe auraient à peu près le même âge, en revanche, on ne sait pas si elles se sont formées ensemble ou si elle se sont agglutinées au hasard des rencontres. Ce groupe s'étend sur près de 10 millions d'années-lumière.

D'autres amas

Les amasUn amas est une concentration d'étoiles d'origine commune et liées entre elles par la gravitation.
sont nombreux dans l'univers. Un des plus proche de nous est l'amas de la Vierge qui contiendrait près de 1500 membres dans un rayon de 7 millions d'années-lumière. Il y a également l'amas de la Chevelure de Bérénice qui ferait plus de 10 millions d'années lumière et qui contiendrait également des milliers de membres.

Les superamas

Les amas de galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s s'organisent autour d'immenses structures appelées des superamas.

L'ultime structure de l'univers

Composés de plusieurs dizaines d'amas de galaxies, les superamas s'organisent en filaments donnant à l'univers un aspect très particulier qu'on peut comparer à une mousse. La raison de l'existence de cette structure cosmique alternant filaments et régions vides, presque dépourvue de matière, demeure une énigme pour les astronomes. Les dimensions des superamas sont colossales : de 100 à 320 millions de d'années-lumière !
Pour obtenir tant de données sur ces immenses structures, il faut pouvoir capter la lumière d'un très grand nombre de galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s reparties dans un grand volume d'espace. L'un des projets les plus révélateurs fut le "Two Degrees Field Galaxy Redshift Survey", mené à l'observatoire Anglo-Australien en Nouvelle-Galles-du-Sud (Australie) qui a pu relever la position de 100 000 galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s sur une portion d'espace de 2 degrés et jusqu'à 4 milliards d'années-lumière de profondeur. L'image obtenue arrive ainsi à montrer le caractère filamenteux du cosmos. Depuis, de nombreux projets ont vu le jour.

Le grand Mur

Une suite de superamas forme une vaste structure appelée le Grand Mur. C'est la seconde plus grande structure connue de l'univers, avec une longueur de plus de 500 millions d'années-lumière pour une épaisseur de seulement 15 millions d'années-lumière. Toutefois, il n'est pas très juste de parler de réelle structure car ses composants ne sont pas gravitationnellement liés.

Bilan et récapitulation

Les structures dans l'univers sont nombreuses. En partant de la simple étoile on arrive aux colossales filaments. Voici le résumé de tout ce qui a été dit dans cet article :

1) Les planètes tournent autour d'étoiles (~ 1 année-lumièreDistance que parcourt la lumière durant une année dans le vide. C'est équivalent à 9460 milliards de kilomètres. Cette unité est utilisée pour les mesures cosmiques.)
2) Les étoiles sont contenues à l’intérieur de galaxies qui en contiennent plusieurs dizaines de milliards (~ 100 000 années-lumière)
3) Les galaxieRassemblement d'étoiles, de nuages de gaz et de poussière au sein d'un groupe.s se regroupent au sein d'amas (~ 10 millions d'années-lumière)
4) Les amasUn amas est une concentration d'étoiles d'origine commune et liées entre elles par la gravitation.
se regroupent au sein de superamas (~ 150 millions d'années-lumière)
5) Les superamas s'organisent en filaments (~ 500 millions d'années-lumière)

Vous avez sûrement du mal à vous imaginer ce que peuvent bien représenter tous ces nombres et c'est normal. Jamais on ne pouvait imaginer que l'univers soit si colossal !

Vous pouvez voir ci-après un lien vers une vidéo qui résume très bien comment sont organisées les structures de l'univers :
Simulation de l'univers en vidéo - Dailymotion

Qu'appelle-t-on matière noire de l'univers ? La matière noire est une forme de matière inconnue inventée à l'origine pour expliquer des anomalies dans la vitesse de rotation des étoiles dans les galaxies. En effet en appliquant les équations d'Einstein (largement admises comme justes) avec la masse des galaxies, on trouve des résultats théoriques totalement incohérents avec les observations. Ce problème peut être résolu si on admet l'existence d'une forme de matière inconnue : la matière noire. Les récentes recherches montre que cette matière noire, si elle existe, n'est pas de la matière ordinaire (baryonique). Aujourd'hui cette question est fondamentale car elle montre une incapacité flagrante de nos théories à décrire l'univers à grande échelle.

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