CHAPITRE 5:  L’origine de la matière et les échelles dans l’Univers

Le meilleur scénario pour expliquer la création de l’Univers est le Big Bang. En effet, le Big Bang n'est qu'une théorie parmi d'autres.

Tout a commencé il y a environ 13,7 milliards d’années.

Au tout début, l’Univers est concentré en un seul point. L’état de cet endroit est très compact et très chaud (des milliards de milliards de degrés Celsius).

Une violente explosion (une expansion) se produit alors. C’est le Big Bang. Les premières particules apparaissent et finissent par former des noyaux d’hydrogène et d’hélium.

400 000 ans après, les électrons qui se sont formés sont attirés par les noyaux pour former des atomes d’hydrogène et d’hélium.

Des centaines de millions d'années après le Big Bang, l’Univers continue à se « refroidir ». Dans quelques zones de l’Univers en formation, des particules se rassemblent grâce à la gravité. Les premières étoiles naissent. Les galaxies se forment ensuite.

Les réactions de fusion à l'intérieur des étoiles donnent naissance à de nouveaux éléments plus lourds comme l’oxygène, le carbone, le fer, le silicium, etc.

Puis ces étoiles finissent par exploser en dispersant dans l’univers tous ces nouveaux éléments qui vont donner naissance à de nouvelles étoiles.

Notre soleil se forme il y a 4,6 milliards d’années (9 milliards d'années après le Big Bang).

Cela se produit à partir d’une nébuleuse (un nuage de gaz) dont une grande partie s’est concentrée pour former une étoile et les « restes de matières » pour former les planètes. 

L'univers est formé par une multitude d'éléments célestes, tels que les étoiles, les planètes, les comètes et les astéroïdes, qui sont organisés en galaxies, amas et superamas. Pourtant, lorsqu'on examine l'univers à une échelle plus large, on constate qu'il est principalement constitué de vide, ce qui lui donne une structure "lacunaire". 

• Les particules subatomiques, comme les protons et les neutrons, ont des tailles de l'ordre de 10^-15 mètres (1 femtomètre).

• Les atomes ont des tailles de l'ordre de 10^-10 mètres (1 angström).

• Les molécules ont des tailles de l'ordre de 10^-9 mètres (1 nanomètre).

• Les cellules vivantes ont des tailles de l'ordre de 10^-6 mètres (1 micromètre).

• Les corps célestes comme les planètes ont des tailles de l'ordre de 10^3 à 10^9 mètres.

• Les étoiles ont des tailles de l'ordre de 10^6 à 10^9 mètres.

• Les galaxies ont des tailles de l'ordre de 10^9 à 10^13 mètres.

• L'univers observable est d'environ 10^26 mètres.

• La Terre est principalement composée d’Oxygène (O) et de Silicium (Si) alors que l’Univers est composé d’Hydrogène (H) et d’Hélium (He).

• Les dimensions des objets dans l’Univers sont comprises entre l’infiniment petit (noyau d’un atome) et l’infiniment grand (galaxie).

• L’Univers présente une large gamme de tailles, d’ordres de grandeur compris entre 10^-14 et 10^26 m.

• Pour représenter des petits et grands nombres, il est plus commode d’utiliser des puissances de 10.

• En astronomie, on utilise une autre unité que le kilomètre pour exprimer une grande distance, c’est l’année

lumière (de symbole : a.l). C’est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année.

2) L’infiniment grand

Quelques distances dans le système solaire et la Voie Lactée :

• Terre-Lune = 384 400 km (distance moyenne)

• Terre-Soleil = 150 000 000 km

• Soleil-Neptune = 4,498 milliards km = 4 498 000 000 km.

• Soleil-Proxima du centaure (étoile la plus proche du Soleil) = 39 900 000 000 000 km = 3,99 x 1016 m

Les distances dans l’Univers étant gigantesques et il a donc été nécessaire de créer des unités de distance adaptées.

Unité Astronomique :

Pour mesurer des distances dans le système solaire, on utilise l’Unité Astronomique.

1 Unité Astronomique (ua) correspond à la distance séparant la Terre du Soleil soit environ 150 000 000 km.

Précisément 1 ua = 149 597 870 700 mètres.

Exemples :

• distance Terre-Soleil = 1 ua

• distance Soleil-Neptune = 4 498 000 000 000 m / 149 597 870 700 m = 30 ua

L’année-lumière :

Pour mesurer les distances entre les étoiles, galaxies ou amas de galaxies on utilise l’année-lumière.

L’année-lumière est la distance parcourue par la lumière en 1 année dans le vide.

EXERCICES