Pourquoi l’espace est-il si sombre alors que l’univers est rempli d’étoiles ?

Les gens se demandent depuis si longtemps pourquoi l'espace est sombre alors qu'il est rempli d'étoiles que cette question porte un nom particulier : le paradoxe d'Olbers.

Les astronomes estiment qu'il y a environ 200 milliards de milliards d'étoiles dans l'univers observable. Et nombre d'entre elles sont aussi brillantes, voire plus brillantes, que notre soleil. Alors, pourquoi l'espace n'est-il pas rempli d'une lumière éblouissante ?

Je suis Brian Jackson, un astronome qui étudie les étoiles et les planètes – y compris celles qui se trouvent en dehors de notre système solaire – et leur mouvement dans l'espace. L'étude des étoiles et des planètes lointaines aide les astronomes comme moi à comprendre pourquoi l'espace est si sombre.

Vous pensez peut-être que c'est parce que la plupart des étoiles de l'univers sont très éloignées de la Terre. Bien sûr, il est vrai que plus une étoile est éloignée, moins elle semble brillante – une étoile 10 fois plus éloignée semble 100 fois moins lumineuse. Mais il s'avère que cela n'explique pas tout.

Imaginez une bulle

Imaginons un instant que l'univers soit si vieux que la lumière des étoiles les plus lointaines ait eu le temps d'atteindre la Terre. Dans ce scénario imaginaire, toutes les étoiles de l'univers ne bougent pas du tout.

Imaginez une grande bulle avec la Terre au centre. Si la bulle mesurait environ 10 années-lumière de diamètre, elle contiendrait une douzaine d'étoiles. Bien sûr, à plusieurs années-lumière de distance, beaucoup de ces étoiles paraîtraient assez peu lumineuses depuis la Terre.

Si vous continuez à agrandir la bulle jusqu'à 1 000 années-lumière de diamètre, puis jusqu'à 1 million d'années-lumière et enfin jusqu'à 1 milliard d'années-lumière, les étoiles les plus éloignées de la bulle paraîtront encore plus faibles.

Mais il y aura aussi de plus en plus d'étoiles à l'intérieur de la bulle de plus en plus grande, qui contribueront toutes à la lumière. Même si les étoiles les plus éloignées paraissent de moins en moins lumineuses, elles sont beaucoup plus nombreuses et l'ensemble du ciel nocturne devrait être très lumineux.

J'ai l'impression d'être revenu au point de départ, mais je me suis un peu rapproché de la réponse.

L'âge est important

Dans l'illustration de la bulle imaginaire, je vous ai demandé d'imaginer que les étoiles ne bougent pas et que l'univers est très vieux. Or, l'univers n'a qu'environ 13 milliards d'années.

Bien qu'il s'agisse d'une période incroyablement longue en termes humains, elle est courte en termes astronomiques. Elle est suffisamment courte pour que la lumière provenant d'étoiles situées à plus de 13 milliards d'années-lumière n'ait pas encore atteint la Terre. Ainsi, la bulle qui entoure la Terre et qui contient toutes les étoiles que nous pouvons voir ne s'étend que jusqu'à environ 13 milliards d'années-lumière de la Terre.

Il n'y a tout simplement pas assez d'étoiles dans la bulle pour remplir chaque axe de vision. Bien sûr, si vous regardez dans certaines directions du ciel, vous pouvez voir des étoiles. Si vous regardez dans d'autres parties du ciel, vous ne voyez pas d'étoiles.

En effet, dans ces zones sombres, les étoiles qui pourraient bloquer votre ligne de visée sont si éloignées que leur lumière n'a pas encore atteint la Terre. Au fil du temps, la lumière de ces étoiles de plus en plus lointaines aura le temps de nous parvenir.

L'effet Doppler

On peut se demander si le ciel nocturne finira par s'éclairer complètement. Mais cela me ramène à l'autre chose que je vous ai dit d'imaginer : que toutes les étoiles ne bougent pas. L'univers est en fait en expansion, les galaxies les plus lointaines s'éloignant de la Terre à une vitesse proche de celle de la lumière.

Parce que les galaxies s'éloignent si vite, la lumière de leurs étoiles est poussée vers des couleurs que l'œil humain ne peut pas voir. Cet effet s'appelle l'effet Doppler. Ainsi, même si elle avait le temps de vous parvenir, vous ne pourriez toujours pas voir la lumière des étoiles les plus lointaines avec vos yeux. Et le ciel nocturne ne serait pas complètement éclairé.

Si vous attendez encore plus longtemps, toutes les étoiles finiront par se consumer – les étoiles comme le soleil ne durent qu'environ 10 milliards d'années. Les astronomes supposent que dans un avenir lointain, dans mille billions d'années, l'univers s'obscurcira et ne sera plus habité que par des vestiges stellaires comme les naines blanches et les trous noirs.

 Même si notre ciel nocturne n'est pas complètement rempli d'étoiles, nous vivons une période très spéciale de la vie de l'univers, où nous avons la chance de profiter d'un ciel nocturne riche et complexe, rempli de lumière et d'obscurité.

Brian Jackson, professeur agrégé d'astronomie, Boise State University

Source :  The Conversation par Astro Univers