De l'infiniment grand à l'infiniment petit...

Distance

Voici présenté ici un voyage dans l'Univers de la plus grande à la plus petite distance.
Cette notion de distance commence à ≈14 milliards d'années-lumière (taille de l'Univers observable) et finit à 10 atomes mètre (taille du quark). L'univers visible a un rayon de 14 milliards d'années lumière simplement parce qu'il est âgé d'environ 14 milliards d'années. La véritable taille de l'univers doit être plus importante que celle de l'univers visible, mais nous n'irons pas plus loin. Expérimentalement, la taille d'un fermion élémentaire n'a jamais pu être mesurée, un quark est un fermion élémentaire. Un quark est théoriquement une particule ponctuelle, elle ne doit donc pas avoir de taille...

N. B. : La valeur du rayon du proton utilisée par les physiciens est de 0,877 femtomètre (1 femtomètre = 10^-15 mètre).

Tout l'univers : 10²⁶ mètres

Le vaste Univers visible a 13,8 milliards d'années lumière de distance, chaque petit point est un superamas de galaxies. Il y a environ 10 millions de superamas de galaxies dans l'Univers d'un bout à l'autre. Rien n'est plus grand que notre Univers, il contient tous les objets de matière visibles ou invisibles. Ce sont les plus grands télescopes de la planètes qui nous permettent de voir loin. Les grands télescopes terrestres sont le Large Binocular Telescope (LBT) du Mont Graham, Arizona, le Southern African Large Telescope (SALT) de Sutherland, Afrique du Sud, le Gran Telescopio Canarias (GTC) à La Palma, Canaries, le Keck 1 et 2 du Mauna Kea, Hawaii, le Télescope Hobby-Eberly (HEB) à Mont Fowlkes, Texas, le Subaru (NLT) à Mauna Kea, Hawaii, le Very Large Telescope UT4 (Yepun) à Cerro Paranal, Chili.
La distance de l'Univers est égale à ≈100 yottamètres.

Les galaxies dans l'univers ont tendance à se rassembler en vastes feuilles et superamas de galaxies, entourant de grands vides, ce qui confère à l'univers une apparence cellulaire. Parce que la lumière dans l'univers ne voyage qu'à une vitesse finie, nous voyons les objets sur le bord de l'univers quand celui-ci était très jeune, les analyses du ciel par WMAP, indiquent que l'Univers est vieux de 13,8 milliards d'années (avec une précision de 1%).
Cependant l'Univers est incroyablement "vide" de matière, il n'y a qu'un atome par mètre cube. Il serait composé de 4% de matière atomique, de 23% de matière froide noire et non baryonique et de 73% d'énergie sombre.

Superamas de galaxies : 10²⁵ mètres

1 milliard d'années lumière est une distance à laquelle on peut apercevoir une structure de super amas de galaxies. Les superamas regroupent les amas de galaxies, des collections géantes contenant des dizaines de milliers de galaxies. À très grande échelle, la distribution des amas de galaxies n'est pas uniforme, mais organisée en plaques ou en filaments. Notre superamas est un énorme complexe d'amas, appelé Superamas local ou Superamas de la Vierge.
Le Superamas de la Vierge et les Superamas de l'Hydre et du centaure tombent eux-mêmes vers une autre grande agglomération d'amas de galaxies que l'on appelle le Grand Attracteur.
La distance d'un super amas de galaxies est égale à ≈10 yottamètres.

Si l'on peut supposer que l'univers à très très grande échelle est homogène, sa trame devient apparente sur des échelles au delà de 300 millions d'années-lumière. Le premier niveau de structuration se présente sous une forme qui ne se laisse pas aisément décrire. Les astronomes parlent ainsi de murs, de filaments, de feuillets ou de crêpes,... pour désigner la morphologie des concentrations de galaxies, et de structure en mousse, en éponge, en toile d'araignée pour évoquer la trame même de l'univers.

Amas de galaxies : 10²⁴ mètres

100 millions d'années lumière, c’est la distance à laquelle on aperçoit les amas galactiques. Les amas de galaxies sont les plus grandes structures observables de notre Univers. Ils sont constitués de centaines de galaxies, liées ensemble par leur propre attraction gravitationnelle. Entre les galaxies on y trouve de la matière constituée de gaz chaud, formant un plasma, dont la température atteint 10 à 100 millions de degrés. Ce plasma est un fort émetteur de rayons X. De l'analyse spectrale de ces rayons X on en déduit la température de l'amas et sa dynamique. Les amas de galaxies se forment aux croisements des filaments qui composent cette toile d'araignée cosmique.
La distance d'un amas de galaxies est égale à ≈1 yottamètres.

Là où se rencontrent plusieurs filaments ou plusieurs feuillets, la concentration des galaxies est plus élevée, et fait apparaitre des structures plus aisément identifiables, et qui semblent comme alignées en chaines. Ce sont elles qui prennent le nom de superamas.
Les superamas renferment couramment plusieurs milliers de galaxies.

Pegasus-Pisces A, Horologium-Reticulum, Hydra-Centaurus (Grand Attracteur), Concentration de Shapley,...

Galaxies : 10²³ mètres

A 10 millions d'années lumière de distance, une galaxie est vue comme un point.
La distance d'une galaxies est égale à ≈100 zettamètres.

L'image actuelle des galaxies est en effet très éloignée de celle qui dans le passé en faisait des univers-iles. des archipels d'étoiles.
Les galaxies ne sont pas des objets autonomes mais connaissent des interactions permanentes avec les autres galaxies des amas auxquels elles appartiennent.
Les collisions ne sont pas rares et les interactions de marées sont la règle commune. Il s'ensuit que les galaxies évoluent, changent de forme et de caractéristiques au cours de leur existence.

Disque galactique : 10²² mètres

A 1 million d'années lumière de distance  on commence à voir le disque d'une galaxie.
La distance d'un disque galactique est égale à ≈10 zettamètres.

Il existe tellement de galaxies dans l'univers observable, qu'elles s'inscrivent dans une large fourchette de masses et de dimensions, et prennent une grande variété de formes.
L'astronome Edwin Hubble a cependant pu identifier un nombre limité de morphologies de base.
En résumé, on a identifié trois types principaux : les galaxies elliptiques, de forme sphéroïdales et plus ou moins aplaties, et les galaxies spirales, qui possèdent un sphéroïde central, prolongé par un disque, dans lequel se développent des bras spiraux, et les galaxies irrégulières.

Structure galactique : 10²¹ mètres

A 100 mille années lumière de distance on voit la structure des galaxies, les bras, le disque central,...
Cette distance est égale à ≈1 zettamètre.

Le gaz intergalactique est rassemblé dans le disque galactique, à l'intérieur duquel se rencontrent les étoiles.
Le disque stellaire de la Voie lactée, par exemple, mesure au plus 70 000 années-lumière de diamètre, mais de l'hydrogène est observable dans un périmètre de 100 000 années-lumière de diamètre.
On trouve d'autre part la matière interstellaire regroupée plus densément sous forme de molécules et de poussières dans des nuages immenses, les nuages moléculaires géants.