L'expansion de l'Univers depuis l'explosion du Big-Bang originel est l'une des théories principales de la cosmologie moderne. Une des questions les plus passionnantes aujourd'hui posées sur l'évolution future est de savoir si cette expansion continuera indéfiniment, conduisant à une mort très lente des galaxies par refroidissement, ou si les forces d'attraction de la matière, liées à la gravitation et à la densité moyenne de l'Univers, l'emporteront à un moment donné. Dans ce cas, le mouvement d'expansion serait  ralenti,arrêté, puis inversé. L'Univers entrerait alors dans une phase de contraction aboutissant en définitive à une implosion, appelée Big Crunch, sorte de Big Bang à l'envers. Cette hypothèse débouche sur la thèse des univers oscillants puisque l'on peut imaginer qu' un nouveau Bing Bang succède à ce Big Crunch et ainsi de suite. Le choix entre l'une ou l'autre des réponses n'est pas encore possible en raison de deux types de difficulté:

   Les distances n'ont pas encore pu être mesurées de façon absolue pour déterminer très précisément la constante de Hubble dont dépend le calcul de la limite et de l'âge de l'Univers.

   La nature de la masse cachée de l'Univers, dont dépend le calcul de sa densité moyenne, n'est pas encore connue.

L'effet Doppler est un des principes essentiels de la cosmologie. Une source stationnaire de lumière émet des ondes sphériques.Si cette source s'éloigne, on remarque un décalage spectral vers le rouge (redshift) par augmentation des longueurs d'onde. Si cette source se rapproche, on remarque un décalage spectral vers le bleu par raccourcissement des longueurs d'onde. Dès l'obtention, avant 1920, des premiers spectres de galaxies, il est apparu que le décalage de ces spectres allait toujours vers le rouge et était supérieur à celui des étoiles. Certaines galaxies semblaient se déplacer à plusieurs milliers de km/s alors que les plus rapides des étoiles ne dépassaient pas 300 km/s. L'astrophysicien américain Hubble tira de ces observations en 1929 une loi fondamentale: les corps célestes s'éloignent à une vitesse V proportionnelle à leur distance D, le rapport de proportion étant la constante de Hubble appelée H. Ainsi V= H.D. L'âge de l'Univers T en est déduit par la formule: T= 1/H. Depuis Hubble, l'estimation de cette constante a varié et a fait l'objet de nombreuses controverses. Son estimation actuelle est de 20 km/s par million d'années-lumière, mais elle n'est pas définitive.

 

le quasar 3c273

La loi de Hubble a permis d'évaluer la limite de l'Univers, aujourd'hui fixée à 15 milliards d'années-lumière, car à cette distance un corps céleste s'éloignerait à la vitesse de la lumière et sa lumière ne pourrait donc jamais nous parvenir. L'application de la loi aux quasars, corps célestes les plus éloignés, donne pour 3c273, quasar situé à 2 milliards d'années-lumière et qui a été le premier observé, une vitesse de fuite de 40 000 km/s. Pour He 1013-2136, quasar situé à 10 milliards d'années-lumière, la vitesse de fuite est de 200 000 km/s. Comme l'âge de la terre est estimé à 4,6 milliards d'années, la lumière observée de ce quasar a été émise à une époque plus de deux fois plus ancienne que celle de la formation de notre planète. Enfin J 1030+0524 est le quasar actuellement le plus lointain connu, découvert en 2001.Il se trouve à une distance de 14,5 milliards d'années-lumière et sa vitesse est très proche de celle de la lumière.

 

Par ailleurs, la masse observée des étoiles, des galaxies et de la matière interstellaire est beaucoup trop faible pour permettre une application entièrement satisfaisante de la théorie du Big Bang. Il a notamment été constaté que la rotation des bras externes des galaxies est plus rapide que prévu, ce qui démontrerait que la masse de ces galaxies est elle-même supérieure à ce qui résulte des calculs. Toutes ces anomalies conduisent à penser que 90% de la masse réellé de l'Univers n'a pas pour l'instant été détectée. La recherche de cette matière obscure invisible fait l'objet de nombreux programmes scientifiques et plusieurs hypothèses sont avancées: la masse manquante serait constituée de naines brunes non lumineuses dont les réactions nucléaires seraient presque arrêtées. Elle pourrait aussi provenir de particules lourdes non encore identifiées dans le milieu interstellaire.

La détermination définitive de la constante de Hubble et la découverte de la masse manquante pourront sans doute permettre de répondre à la question posée. Si la densité de l'Univers, mesurée en fonction de sa taille et de sa masse, est inférieure à un seuil critique, la gravitation des galaxies en récession sera insuffisante pour arrêter son expansion qui sera donc continue. L'Univers sera alors infini mais unique. Si sa densité est supérieure à ce seuil critique, la force gravitationnelle maintiendra l'Univers dans une limite infranchissable. Un cycle de contraction succèdera au cycle d'expansion et ces cycles pourront se renouveler. L'Univers sera alors fini mais reproductible.

 

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