Constante de Hubble et Expansion de l'Univers Observable

Description de l'image : Notre Univers est en expansion avec un taux de ≈67.8 km/s/Mpc (constante de Hubble), il est passé par un épisode d'expansion rapide appelée "inflation" et grandira pour toujours. Le taux d'expansion de l'Univers observable signifie qu'un objet situé à un mégaparsec (≈3,26 millions d'années-lumière) de nous s'éloigne à une vitesse de ≈67,8 kilomètres par seconde.

L'expansion de l'univers

Quand on regarde dans le passé l'univers est de plus en plus petit, de plus en plus dense et de plus en plus chaud. En d'autres termes tous les objets de l'Univers se rapprochent les uns des autres lorsqu'on regarde le film à l'envers en remontant dans le temps.

En 1923 Edwin Hubble (1889-1953) utilise le télescope Hooker de 250 cm, le plus puissant télescope de l'époque. Les observations faites avec ce télescope permettent à Hubble d'établir que les nébuleuses observées précédemment avec des télescopes moins puissants ne font pas partie de notre Galaxie. En effet, il détermine la distance de la galaxie d'Andromède (M31), qu'il évalue à 800 000 années-lumière, ce qui la place en dehors de notre galaxie. Ainsi, Hubble met fin au long débat sur la nature des objets diffus qu'on appellera désormais galaxies.

Un peu plus tard en 1929, Hubble analyse les vitesses radiales des galaxies, préalablement mesurées par Vesto Slipher (1875-1969), à partir des décalages vers le rouge de raies spectrales. Il se limite d'abord aux galaxies situées à moins de 6 millions d'années-lumière et s'aperçoit que la relation vitesse-distance est approximativement linéaire. En compagnie de Milton Humason (1891-1972), il étend son étude à des galaxies distantes jusqu'à 100 millions d'années-lumière, la relation reste linéaire.

Hubble énonce alors sa fameuse loi, "Les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance". Autrement dit, plus une galaxie est loin de nous, plus elle semble s'éloigner rapidement. Il crée donc le concept d'expansion de l'Univers. Attention, les galaxies s'éloignent, mais il ne s'agit pas d'un vrai mouvement des galaxies, c'est l'Univers tout entier qui gonfle et qui donne cette vitesse apparente aux galaxies. C'est l'espace entre les galaxies qui augmente, en réalité c'est l'espace-temps qui se dilate.

Le taux d'expansion des galaxies entre elles correspond à la constante de Hubble (Hο) calculée par Edwin Hubble et George Lemaitre dans les années 1930. L'inverse de la constante de Hubble est appelé le "temps de Hubble" il correspond à la durée depuis le Big bang, donc à l'âge de l'univers. Le rayonnement fossile, découvert en 1965, est une véritable « Pierre de Rosette » pour les cosmologistes, car il permet de décrypter l’histoire thermique de l’Univers depuis le Big Bang.

Qu'elle est la valeur de la constante de Hubble ?

Description de l'image : Ces petites fluctuations de température sont les premières lueurs de l'univers observable vues par la mission Planck (mars 2013). Depuis 2013, les astrophysiciens européens, canadiens et américains ont affiné la composition de l'Univers. Cette image composite en fausses couleurs, représente les traces des premiers instants de la création, environ 380 000 ans après le Big Bang, il y a 13,8 milliards d'années (≈1%). L'univers observable est composé de 69.4 % d'énergie noire, 25.8 % de matière noire froide et 4.8 % d'atomes, c'est-à-dire de matière ordinaire. Crédit image: ESA.

La carte du Fond Diffus Cosmologique représente le rayonnement électromagnétique issu des premiers instants de l'Univers observable. Ces photons détectables aujourd'hui dans la gamme des ondes radio, ont gardé les traces des grandes structures naissantes qui seront transportées par l'inflation.

La valeur de la constante de Hubble (Hο) n'est pas connue avec précision. Toutes les mesures faites depuis les années 2000, donnent une valeur comprise entre 63 km/s/Mpc et 73 km/s/Mpc. En mars 2013, le satellite Planck dont la mission est de reconstituer l'histoire thermique de l'Univers, a calculé une valeur de 67 km/s/Mpc. En d'autres termes une bulle de 1 Mpc, c'est-à-dire 3,26 années-lumière, gonfle de 67 km toutes les secondes, une bulle de 10 Mpc gonfle de 670 km toutes les secondes, une bulle de 100 Mpc gonfle de 6700 km toutes les secondes...

Quel est l'effet de l'expansion de l'Univers sur la distance Terre-Soleil ?

L'expansion de l'univers ne s'applique que sur de très grands espaces, c'est-à-dire entre des entités comme les amas de galaxies ou les superamas.

Dans le système solaire, les objets sont "connectés" par la force gravitationnelle du Soleil et le tout peut être considéré comme un système compact.

Les objets, dotés d'une masse et dont la vitesse de l'un par rapport à l'autre est inférieure à leur vitesse de libération, font partie d'un système gravitationnel. Tant que le système est lié gravitationnellement, l'espace entre les objets ne peut enfler sous l'effet d'une force antigravitationnelle. Le système tout entier est découplé de l'expansion de l'Univers observable. Il en est de même pour le Soleil à l'intérieur de la Galaxie.

Tableau : Equivalences entre les unités de distance