Expansion de l`univers

Nom _____________________________ Groupe __________________ Date _________
Partenaire ________________________________________________________________
Laboratoire No 10
Expansion de l'univers
Étude préliminaire
Questions se rapportant au texte
* La genèse du big bang +
(La Recherche, avril 98).
No 1 Sur quels piliers repose la cosmologie moderne ?
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No 2 Quel astronome suggérait, dès 1900, que notre Galaxie pourrait avoir des bras spiraux ?
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No 3. Avant que Hubble ne débute ses recherches sur les nébuleuses spirales, il y avait
deux hypothèses sur la nature physique de ce type de nébuleuses. Quelles étaient ces
hypothèses ?
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No 4 Selon Herschell, quelle était la dimension de notre Galaxie ?
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No 5 Qui fut le premier astronome à nous éloigner du centre de notre Galaxie ?
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No 6 Quelles classes d’étoiles utilisa Shapley comme indicateurs de distance ?
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No 7 Résumez le débat opposant Shapley à Curtis
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No 8 Quelles observations effectuées par Hubble montraient, hors de tout doute, que ces nébuleuses
spirales observées sont en réalité des galaxies semblables à la nôtre ?
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No 9 Quelles sont les deux propriétés des galaxies que Hubble devait mesurer afin de prouver
l’expansion de l’Univers ?
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No 10 D’après l’auteur, précisez la valeur actuellement admise pour la constante de Hubble H0.
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No 11 Résumez la notion d’Univers stationnaire
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No 12 Quel grand principe physique est violé par la théorie de l’Univers stationnaire ?
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No 13 Précisez les trois raisons principales du rejet de la théorie d’Univers stationnaire.
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No 14 Sommes-nous justifiés d’attribuer à Hubble, et à lui seul, la découverte de l’expansion
de l’Univers. Précisez votre réponse.
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Virginia Trimble
enseigne au
département
d'astronomie de
l'université du
Maryland et au
département de
physique de
l'université de
Californie. Elle
vient d'achever
un mandat à la
présidence de la
commission
Galaxies de
l'Union
astronomique
internationale.
Texte traduit par
Pierre Bancel.
La genèse du big bang
En moins de quarante ans s'est imposé le
concept d'un Univers en expansion
En avril 1920, un vif débat oppose les américains Shapley
et Curtis autour de la grande question cosmologique du
début du siècle: les limites de l'Univers coïncident-
elles
avec celles de la Voie lactée? Hubble trancha trois ans
plus tard en montrant l'existence de galaxies extérieures
à la nôtre et découvrit le fameux décalage vers le rouge
de leur spectre. C'était là une signature de l'expansion
de l'Univers qui, à peu près à la même époque, était
sortie toute seule des équations de la relativité
générale, contre le gré même d'Einstein. Ce modèle
d'expansion relativiste -- ou théorie du Big Bang -- fut
largement admis longtemps avant de disposer des preuves
observationnelles jugées aujourd'hui définitives.
La cosmolog
ie moderne repose sur deux piliers.
Le premier est théorique: c'est la théorie de
la relativité générale d'Einstein, publiée en
1916. Le second est observationnel: c'est la
loi de Hubble, publiée en 1929, qui relie la
distance d'une galaxie au décalage vers le
rouge de son spectre. Mais on peut remonter
plus loin. Dès l'année 1900, un astronome peu
connu, Cornelius Easton, suggérait que notre
Galaxie pourrait avoir des bras spiraux (1)
(fig. 1). Depuis l'époque de William Herschel
(1738-1822), le découvreur d'Uranus, de
nombreuses nébuleuses spirales avaient été
recensées, mais leur nature restait
mystérieuse. S'agissait-il d'objets diffus ou
seulement de halos produits par la lumière de
multitudes d'étoiles? étaient-elles des
galaxies distinctes ou de simples parties de
la Voie lactée?
La première question sembla résolue en 1865,
lorsque William Huggins appliqua la fente de
son spectroscope à quelques-unes des
nébuleuses les plus brillantes (dont aucune

n'était spirale) et découvrit les raies
d'émission discrètes qui sont la signature
d'un gaz chaud et diffus. Ainsi, vers la fin
du XIXe siècle et le début du XXe siècle, il
était acquis que toutes les nébuleuses étaient
gazeuses et appartenaient à la Voie lactée.
La deuxième question, celle de l'existence de
galaxies indépendantes, est liée à la mesure
des distances astronomiques, et en particulier
des dimensions de la Voie lactée. Plus grande
était notre Galaxie, plus il était difficile
d'admettre qu'il pourrait en exister de
semblables ailleurs. Là aussi, Herschel avait
fait oeuvre de pionnier: il imagina une
méthode pour estimer la distance des étoiles
en faisant l'hypothèse qu'elles étaient toutes
à peu près de la même luminosité absolue. Il
obtint un schéma de la Voie lactée qui
ressemblait à une sorte d'épaisse galette,
avec le Soleil tout près de son centre. Selon
Herschel, la Galaxie avait un rayon d'environ
3 000 parsecs (soit 9 800 années-lumière).
Cette conception prévalut pendant un siècle et
demi, bien que des dizaines de savants se
soient penchés sur le problème en faisant
appel à de meilleures méthodes de
détermination des distances. Tous, il est
vrai, commettaient la même erreur. Ils ne
tenaient pas compte des effets de la poussière
interstellaire qui, principalement concentrée
dans le plan de notre Galaxie, altère le
rayonnement émis par les astres lointains.
Cette poussière fut découverte en 1930, mais
son impact ne fut intégré au calibrage des
distances cosmiques qu'à partir de 1952.
Le premier à nous éloigner du centre de notre
Galaxie fut Harlow Shapley, un jeune astronome
travaillant à l'observatoire du mont Wilson
pendant et juste après la Première Guerre
mondiale. Shapley donnait en même temps à la
Voie lactée de plus imposantes dimensions.
Bien que l
ui aussi ait négligé les altérations
dues à la poussière, il eut la chance de
s'attacher à une classe d'objets, les amas
globulaires, qui se trouvent assez éloignés du
plan de la Galaxie pour que notre vision n'en
soit presque pas modifiée. En se servant de