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Quels sont l’âge et la masse de l’Univers?

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NGC 1365, une galaxie spirale barrée située dans la constellation du Fourneau
Crédit photo : Shutterstock/Tragoolchitr Jittasaiyapan
NGC 1365, une galaxie spirale barrée

Quelle est la masse de l'Univers et comment fait-on pour la calculer? Peut-on savoir de quoi l'Espace est-il composé et établir son âge? Olivier Hernandez, directeur du Planétarium, nous éclaire sur ces questions complexes.

Ce texte est une adaptation d'une chronique diffusée en septembre 2021 à l'émission Moteur de recherche, sur les ondes d'ICI Radio-Canada Première.

Quelle est la masse de l'Univers?

Les chiffres sont vertigineux! L'Univers a une masse gigantesque, soit une estimation de 1054 kg. Les astronomes l'écrivent usuellement en masse solaire. Le Soleil possède une masse de 2 x 1030 kg. La masse de l'Univers est ainsi 1023 fois la masse de notre étoile.

L'Espace est composé de matière et d'énergie

L'Univers est un ensemble constitué de matière et d'énergie. En cosmologie, on aborde l'Espace en termes de densité d'énergie plutôt qu'en termes de masse, avec la théorie sur la relativité générale d'Einstein, le fameux E=mc2. Sa composition est la suivante :

  • La matière dite classique ou encore baryonique, c'est-à-dire celle issue des protons et des neutrons, représente 4,5 % de l'Univers. Aux baryons, s'ajoutent les leptons (électrons) et les photons (particules de lumière). Ceci constitue toute la matière visible de notre Univers. C'est cette matière qui compose, entre autres, les êtres humains!
  • La matière non lumineuse ou non baryonique représente 26,9 % de l'Espace. Les scientifiques pensent qu'elle est constituée de matière exotique dont on n'a pas encore bien saisi la nature. On sait toutefois que son rôle dans l'Univers est fondamental, depuis l'organisation de ses grandes structures jusqu'à la rotation de notre propre Galaxie.

La matière visible et la matière non lumineuse subissent les effets de la gravitation.

  • Le reste de l'Univers (68,3 %), c'est de l'énergie dite sombre (dark energy en anglais). Cette forme d'énergie se comporte à l'opposé de l'énergie gravitationnelle. La présence de l'énergie sombre est nécessaire pour expliquer une partie de la formation de notre Univers et son évolution, notamment son expansion aux premiers temps de son existence.

L'âge de l'Univers observable

L'Univers observable est, en cosmologie, sa partie visible avec la Terre (ou le Soleil) en son centre. C'est une représentation très pratique pour calculer son volume. Elle demeure toutefois une notion relative, car l'Univers observable de nos voisins extraterrestres n'est pas le même que le nôtre.

Notre Univers a un âge fini de 13,8 milliards d'années. C'est la durée écoulée depuis l'apparition de l'espace-temps. La lumière la plus éloignée qu'on puisse détecter, à la limite de cette partie observable, aura donc mis 13,8 milliards d'années à nous parvenir.

Ce temps est ce qu'on appelle la distance comobile entre nous et le point le plus éloigné de notre Univers. Cette distance ne correspond pas à la distance géométrique entre ces deux points car elle ne tient pas compte de l'expansion de l'Univers.

La distance géométrique, calculée par le modèle standard de la cosmologie, est de 46,5 milliards d'années-lumière. C'est ce qu'on appelle l'Horizon cosmologique. L'Univers observable est en fait une sphère de 93 milliards d'années-lumière de diamètre. C'est ce volume qui nous sert de base dans l'estimation de la quantité de matière et d'énergie.

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