Combien de galaxies y a-t-il dans l'univers ? - Astro'Stylé #05 - String Theory

Notre univers est rempli de galaxies, ces magnifiques et gigantesques nuages d'étoiles liées entre elles par leurs gravités respectives. Mais comment fait-on pour savoir combien il y en a en tout ? Installez-vous bien confortablement, cet épisode risque de vous donner le vertige. Vous vous êtes déjà posé dans un champ ou à la montagne, loin des lumières des villes, pour observer les étoiles ? Si c'est le cas, vous avez probablement déjà remarqué une vaste bande nuageuse qui parcourt le ciel. Cette bande nuageuse, c'est la voie lactée, notre galaxie, une gigantesque spirale de gaz et de poussière contenant plus de 200 milliards d'étoiles. Pendant longtemps, on a cru que notre voie lactée était la seule galaxie de l'univers connu. Mais on sait depuis environ un siècle que c'est loin d'être le cas. Ce qui nous amène à la question suivante, combien de galaxies y a-t-il dans l'univers ? Cette question a l'air simple, dit comme ça, mais en fait elle est beaucoup plus subtile qu'il n'y paraît. Déjà, il faut préciser ce qu'on entend par univers. Quand un astronome vous parle d'univers, il parle en fait de l'univers observable, c'est-à-dire la région de l'univers qui est théoriquement accessible à nos télescopes depuis la Terre. L'univers observable, c'est une sphère qui contient toute la lumière qui a eu le temps d'atteindre la Terre depuis le début de l'histoire de l'univers, il y a 13,8 milliards d'années. Comme la lumière parcourt une distance d'une année-lumière par an, par définition, on est en droit de se dire que le rayon de l'univers observable est donc de 13,8 milliards d'années-lumière, sauf que c'est faux. Parce qu'entre le moment où des galaxies lointaines envoient leur lumière vers nous et le moment où on reçoit cette lumière, l'expansion de l'univers aura augmenté la distance entre nous et ces galaxies. Ce qui fait qu'on estime que l'univers observable aujourd'hui a un rayon d'un peu plus de 46 milliards d'années-lumière, et donc un diamètre de 93 milliards d'années-lumière. Par définition, la Terre se trouve au centre de notre bulle d'univers observable. Ce qui ne veut pas dire qu'on est au centre de l'univers. Le cosmos est probablement infiniment plus vaste que la petite bulle qui est accessible à nos télescopes. Si vous habitez dans une galaxie lointaine, très lointaine, vous aurez vous aussi votre bulle d'univers observable dans laquelle vous serez au centre. Et vous aurez la chance de détecter des galaxies que les terriens ne pourront jamais observer. Et inversement. En somme, où qu'on soit dans le cosmos, on est tous au centre de notre bulle d'univers observable. Une bulle assez particulière d'ailleurs, parce que comme la vitesse de la lumière est finie, plus on regarde de loin, plus on regarde dans le passé. Ce qui est plutôt pratique si on veut reconstruire l'histoire de l'univers. Bon, maintenant qu'on a défini les termes, attaquons-nous à la tâche de compter les galaxies dans l'univers observable. Alors évidemment, on ne peut pas connaître le nombre exact de galaxies, mais on peut en avoir une bonne estimation, un ordre de grandeur. Mais pour ça, il nous faut des images. En 1995, le télescope spatial Hubble a été pointé vers une minuscule zone du ciel pas loin de la Grande Ourse. Une région toute sombre, sans étoiles brillantes et pas plus grosse qu'une tête d'épingle portée à bout de bras. Hubble a ensuite ouvert son capteur pendant 10 jours consécutifs. Pointer cette région du ciel apparemment vide pendant aussi longtemps, c'était un vrai risque à l'époque, parce que le temps de télescope est une ressource précieuse et personne ne savait si on allait voir autre chose qu'un ciel noir sur l'image finale. Le résultat de cette observation, c'est cette photo. Le champ profond de Hubble. Notre premier aperçu de l'univers lointain. A l'exception de 5 ou 6 étoiles, chaque tâche sur cette image est une galaxie, chacune contenant des centaines de milliards d'étoiles comme notre Soleil. En 2004, Hubble a retenté l'expérience dans une autre zone du ciel près de la constellation d'Orient. L'image qui en a résulté est l'une des plus importantes de l'astronomie moderne. C'est le champ ultra profond de Hubble. Sur cette photo, on compte plus de 10 000 galaxies. Certaines sont relativement proches de nous, et d'autres font partie des galaxies les plus lointaines jamais observées. Certaines de ces galaxies sont si loin que leur lumière a dû voyager pendant plus de 13 milliards d'années pour nous parvenir. On les voit donc telles qu'elles étaient pendant les premiers milliards d'années de l'histoire du cosmos. La portion carrée de ciel couverte par le champ ultra profond de Hubble est si petite qu'il faudrait plus de 13 millions de carrés de ce genre pour couvrir l'intégralité du ciel dans toutes les directions. En considérant que l'univers est le même en moyenne où qu'on regarde, c'est-à-dire qu'il y a à peu près le même nombre de galaxies dans une direction du ciel que dans une autre, il suffit de multiplier ces 10 000 galaxies du champ ultra profond par 13 millions pour arriver à une première réponse. Il y aurait donc plus de 100 milliards de galaxies dans l'univers. Mais on peut encore affiner cette estimation. C'est d'ailleurs ce qu'a fait une équipe de chercheurs de l'université de Nottingham Les chercheurs ont remarqué qu'il devrait y avoir beaucoup plus de galaxies que ce qu'on observe dans le champ ultra profond de Hubble. Mais ces galaxies qui manquent ne sont pas assez lumineuses pour être détectées par Hubble, parce qu'elles ne contiennent pas assez d'étoiles. On ne peut donc que deviner leur existence en se basant sur les infos qu'on a sur les galaxies faiblement brillantes de l'univers proche. Ils se sont aussi servis de la distance de ces galaxies pour construire une version 3D de l'image du champ ultra profond. Ça leur a permis de déduire le nombre de galaxies à différentes époques de l'histoire de l'univers. Ce que révèle cette étude, c'est que dans les premiers milliards d'années de l'histoire du cosmos, il y avait beaucoup plus de galaxies qu'aujourd'hui dans un même volume d'espace, et que ces galaxies primordiales étaient généralement beaucoup plus petites que notre voie lactée. Au fil du temps, beaucoup de ces petites galaxies ont grossi en fusionnant entre elles, ce qui a fini par réduire leur nombre total. Ce travail a aussi montré que les précédentes approximations du nombre de galaxies dans l'univers étaient largement sous-estimées. En utilisant ces nouvelles informations, ils sont arrivés à une conclusion renversante. Notre univers abriterait au total plus de 2000 milliards de galaxies. Prenez un moment pour tenter d'imaginer ce que ça représente, 2000 milliards de galaxies. Si vous vous sentez tout petit, c'est parfaitement normal. L'immense majorité de ces galaxies sont trop peu lumineuses ou trop lointaines pour être détectées avec nos instruments actuels. On ne peut donc que supposer leur existence pour le moment. Pour chaque galaxie observée par Hubble, il y en a probablement une dizaine qui attendent d'être révélées. Mais l'attente ne sera pas bien longue. En 2019 sera lancé le JWST, le James Webb Space Telescope. Ce télescope spatial observera le ciel dans le domaine des infrarouges et son miroir de 6,5 m de diamètre lui permettra de capter beaucoup plus de lumière que Hubble. Grâce au JWST, on espère obtenir des images de la naissance des premières galaxies de l'univers. Autant dire qu'on n'est pas au bout de nos surprises. Et vous, quelle est votre galaxie préférée ? 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