Nous sommes chanceux d’assister cette année aux premières images du tant attendu JSW télescope, qui révèle des clichés stupéfiants. Par exemple ici d’une étoile se trouvant à 28 milliards d’a.l.

Ce qui soulève une question intéressante. Jusqu’où peut-on observer l’univers ?

Et j’en rajouterais quelques-unes, histoire de bien ramollir le ravioli : si on devait quitter la terre à la vitesse de la lumière, jusqu’où pourrait-on aller ? Y a-t-il une limite ou pourrait-on continuer à l’infini ? À quelle distance quelque chose doit-il être tel qu’il sera causalement séparé de nous pour toujours ?

Lorsqu’on imagine le futur, l’expansion spatiale est assurément l’un des aspects les plus populaires. Certains pensent que ça n’arrivera jamais, d’autres sont excités par l’idée de civilisation galactique. Peu importe si c’est probable ou non, il semble utile de savoir quelle est la taille du terrain de jeu pour nous, et par extension, n’importe quelle civilisation avancée dans l’univers. Cela nous permet de savoir où se trouve la limite entre le possible et l’impossible. Et je trouve ça fun !

Selon la publication scientifique de Toby Ord, chercheur à l’université d’Oxford au Future of Humanity Institute. Nous pouvons distinguer 4 sphères de limites causales qui vont plus loin que la simple mention d’univers observable, utilisé généralement pour décrire tout ce qui existe dans l’espace autour de la Terre. Voyons ce que ça donne ! Et prenez des mouchoirs, vous risquez peut-être de saigner du nez.

L’univers observable :

Le terme univers observable est souvent utilisé comme je l’ai dit, mais au final, qu’est-ce que c’est ? Il s’agit de la limite la plus éloignée que nous puissions voir. On dit que lorsque les astronomes regardent l’espace, ils observent le passé. Car pour observer, il faut de la lumière. La lumière est composée de photons. Ce sont les objets les plus rapides dans l’univers. Les distances astronomiques reposent sur une unité qui mesure la distance que met un photon en une année : une année-lumière.

Ainsi, l’un des quasars les plus éloignés au joli nom de ULAS J1120+0641, a été observé dans la nuit du 27 novembre 2010. Mais il a fallu 12,9 milliards d’années pour que sa lumière nous parvienne. La conclusion logique, c’est que ce quasar se trouve à une distance de 12,9 milliards d’années-lumière de la Terre. Faux ! Il est en faite à plus de 28 milliards d’années-lumière de nous. Mais attendez une minute ! Si l’univers a 13.8 milliards d’années, alors l’objet le plus lointain a émis ses photons à cette date, ce qui constitue également sa distance. Donc soit ce quasar a émis sa lumière avant le big bang, soit sa lumière a voyagé plus vite que la vitesse autorisée par les lois de la physique.

Si nous regardons des galaxies lointaines, nous pouvons voir qu’elles s’éloignent décennie après décennie. L’univers n’est donc pas statique, mais s’agrandit, de sorte que les galaxies sont comme des points tracés sur un ballon de baudruche qui s’étire. C’est la fameuse expansion de l’univers aujourd’hui lié à un truc tout droit sorti de Star Wars, la fameuse énergie noire (c’est plus compliqué que ça).

Si nous extrapolons en arrière dans le temps, l’espace se contracte et les galaxies se rapprochent jusqu’à ce que toute la matière qu’il contient converge pour devenir extrêmement petit, extrêmement dense et extrêmement chaud – un événement connu sous le nom de singularité. Nous ne comprenons pas tout à fait cet événement, encore moins ses origines, mais nous savons qu’il a eu lieu il y a 13,8 milliards d’années.

Pendant les 12,9 milliards d’années du trajet de sa lumière, le quasar ULAS n’a cessé de s’éloigner de nous à cause de l’expansion de l’univers, jusqu’à se trouver aujourd’hui à 28,85 milliards d’années-lumière de distance. Je sais, ça fait mal à la tête.

Si on veut savoir la taille de l’univers observable, il faut se demander où se situerait un objet aujourd’hui, qui aurait émis sa lumière au premier instant après le big bang. La réponse est 46.4 milliards d’années-lumière.

À partir de notre position, nous pouvons donc dessiner une sphère d’un rayon de 46,4 milliards d’années-lumière, connue des cosmologistes sous le nom d’horizon cosmologique. Le volume à l’intérieur de cette sphère est appelé l’univers observable, car il contient toutes les parties de l’espace que nous pouvons (actuellement) observer.

On représente aussi cela comme un cône de lumière. Je trouve que ça ressemble à une lampe torche, donc je vais l’appeler comme ça. Ici, c’est nous, et si on allume la lampe torche vers le bas, qui est le passé, on obtient la zone que l’on peut observer.

L’univers éventuellement observable :

Reprenons le schéma du cône de lumière. Ce qui est intéressant, c’est que si on se déplace dans le futur, le faisceau de lumière augmente.

Un peu comme lorsqu’on s’éloigne d’un mur que l’on éclaire avec une lampe. On comprend donc que l’horizon de l’univers observable augmente avec le temps, comme celui de la terre avec l’altitude. Car la lumière d’une galaxie qui se trouvait en dehors de l’univers observable aujourd’hui continu son voyage jusqu’à nous, et il finira par nous atteindre. Il est estimé que chaque année, 25 nouvelles galaxies deviennent visibles alors qu’elles étaient en dehors de l’univers observable.

Maintenant, rappelez-vous de cette satanée expansion de l’univers qui complique tout. On assiste à une course entre la vitesse de la lumière, et celle de la dilatation du tissu spatiale.
Pour tous les amateurs de paris sportifs, je vous conseille de miser sur l’expansion de l’espace plutôt que sur la lumière.

Car le taux d’expansion accélère vers une croissance exponentielle. Ce qui veut dire que le nombre total de galaxies que l’on pourra voir asymptote. Il finira par être maximum.

Deux points A-B dans l’espace peuvent être tellement éloigné l’un de l’autre, que la lumière de A n’arrivera jamais au point B, même si on attend pour toujours. Car l’espace entre les deux finira par augmenter plus rapidement que la vitesse de la lumière. C’est comme si vous courriez sur une piste qui s’allonge plus rapidement que votre vitesse. Bonne chance pour atteindre l’arrivée.

Autrement dit, il existe une limite maximale d’observabilité qui est de 62.9 milliards d’a.l.

Ce nombre est également la plus grande distance qu’un photon pourra parcourir durant son existence, car un moment donné l’espace ira plus vite que lui. L’univers est décidément bien plus étrange qu’on peut l’imaginer !

Et la triste nouvelle pour nos très lointains descendants, ou toute autre forme de vie technologique, c’est qu’il arrivera une époque où il ne sera plus possible d’observer quoique ce soit plus loin que son groupe local de galaxie. L’astronomie sera une discipline bien différente et peut-être que ces futures civilisations ne pourront jamais vraiment comprendre l’origine, ni l’étendue de l’existence.

Les simulations suggèrent que cela arrivera dans environ 150 milliards d’années. L’univers passera alors d’une période de connexion, à une période d’isolation.

L’univers observable et éventuellement observable repose sur notre position actuelle, c’est-à-dire la Terre. Mais Toby Ord décrit également l’univers définitivement observable qui prend en compte le fait que nous pourrions observer une autre région de l’univers en nous déplaçant. Effectivement, si on se déplace jusqu’au super amas de la Vierge à 50 millions d’a.l., alors nous pourrions observer la lumière d’objets qui se trouvent en dehors de l’univers observable depuis la Terre. En l’occurrence, environ 2,5 milliards de galaxies supplémentaires.

Tout cela est utile pour les astronomes, qui se situent au-dessus de ce cône de lumière et observent le passé. Mais avec le concept d’univers affectable, on imagine le futur de notre cône de lumière. Que se passe-t-il si on retourne la lampe torche et on se met à la place d’un voyageur galactique ?

L’univers affectable :

Traduis directement de l’anglais, ce n’est pas terrible, mais on comprend instantanément l’idée que l’on parle de tout ce que l’on pourra affecter dans le futur. Que ce soit en nous déplaçant très vite, à travers des projets d’expansion ou simplement en allumant un laser. On peut aussi voir ça comme la distance maximale à laquelle doit se trouver un télescope alien pour observer la Terre. Au-delà de cette distance, ils ne pourront jamais observer la civilisation humaine telle qu’elle est aujourd’hui sur Terre, encore moins venir jusqu’ici.

Cette sphère a pour rayon 16,5 milliards d’années-lumière.

Toute civilisation extra-terrestre se trouvant au-delà pourrait tout aussi bien ne pas exister puisque ça ne ferait aucune différence pour nous. Aucun contact ne pourra jamais se faire.

Mais cette sphère représente également la limite de tout ce que nous pourrons visiter, même en voyageant à la vitesse de la lumière. De quoi mettre un frein à votre ambition de conquérir tout l’univers.

Ce qui est étrangement déprimant, c’est de se dire que moins de 5% des galaxies actuellement observables pourront être affectées par nos descendants si nous devenons une civilisation spatiale. Et ce pourcentage se réduit constamment. Si, par une incroyable coïncidence cosmique, la Terre est le seul endroit où la vie existe, et notre espèce est la seule capable de projet d’expansion spatiale. Admettons que nous arrivons à ensemencer tout l’univers affectable pour répandre l’étincelle du vivant par des projets de mégacolonisation similaire à celui décrit dans cette vidéo, et bien la grande majorité de l’univers restera quand même sans vie.

Là encore, plus on attend, moins on pourra affecter l’univers puisque les galaxies s’éloignent de plus en plus vite. Il est estimé que chaque année, 3 galaxies passent l’horizon de l’affectabilité. Cela continuera jusqu’à ce moment fatidique où notre Groupe Local sera causalement isolé du reste de l’univers. Bon, cela représente tout de même plus de 50 galaxies sur un diamètre de 10 millions d’a.l.. Beaucoup s’en contenteraient. Mais sur un total aujourd’hui de 20 milliards de galaxies… tout est relatif.

C’est évidement extrêmement spéculatif de savoir ce que nous pourrions faire de tout ce terrain de jeu si nous pouvons et essayons de nous répandre à travers les âges, mais d’un point de vue philosophique et moral, cette sphère de l’univers affectable représente la taille de la toile sur laquel nous pouvons peindre et injecter de la valeur pendant les 150 prochains milliards d’années. L’ampleur du jardin où nous pourrions semer les graines de la vie et de la conscience. Et ça, c’est une information qui a beaucoup plus de crédit et de validité. L’univers affectable symbolise la taille du canevas, les lois de la physique, le nombre de couleurs à notre disposition.

S’il existe des civilisations extra-terrestres ambitieuses, alors elles sont certainement au courant de ce créneau limité pour se répandre le plus possible, et donc on peut s’attendre à ce qu’elles soient en route avec l’œil à la montre comme un voyageur en retard pour prendre un avion.

Tout ce qui a été discuté dans cette vidéo repose sur le modèle appelé Lambda-CDM qui est le plus accepté en cosmologie. Évidemment, si ce modèle évolue ou des alternatives s’avèrent plus robustes pour expliquer les données que nous observons, alors les limites de l’univers observable et affectable seront ajustées. Notamment si le FTL ou la vitesse supraluminique est possible, si cher à la science-fiction.

En attendant, on doit se résoudre à accepter que notre bac à sable ne représente qu’un tout petit coin de la réalité. C’est peut-être une nouvelle blessure narcissique à digérer.

Il y a évidemment bien plus de complication, et je n’ai pas parlé du décalage vers le rouge des objets astronomiques très lointains ni des détails de l’énergie noire, et je n’ai pas osé décrire les différentes façons de calculer les distances astronomiques. Des sujets fascinants, qui dépassent le cadre de cette vidéo, et probablement de mes capacités de vulgarisation. Je saigne assez du nez comme ça !