Vous avez probablement déjà entendu dire que l'Univers a commencé avec le Big Bang il y a 13,8 milliards d'années et a formé des atomes, des étoiles, des galaxies et, enfin, des planètes avec la composition nécessaire à l'apparition de la vie. En regardant dans les endroits reculés de l'Univers, nous regardons également en arrière dans le temps et, d'une manière ou d'une autre, grâce aux capacités de la physique et de l'astronomie, nous avons calculé non seulement comment l'Univers a commencé, mais aussi son âge. Mais comment sait-on quel âge elle a? C'est la question que le lecteur nous pose:
Ethan, comment ce chiffre est-il estimé à 13,8 milliards d'années? (Expliquez simplement en langage clair, s'il vous plaît!)
En fait, il existe deux méthodes différentes et indépendantes pour mesurer cette quantité, et bien que l'une d'entre elles soit beaucoup plus précise que l'autre, des hypothèses moins précises sont utilisées de manière moins précise.
Une méthode plus précise suggère de penser que l'Univers se dilate et se refroidit, ce qui signifie que dans le passé, il était plus chaud et plus dense. Si nous remontons dans le temps, nous constatons que dans un plus petit volume de l'Univers, non seulement toute la matière était située plus près les uns des autres, mais aussi que les longueurs d'onde de tous les photons étaient plus courtes, car l'expansion de l'Univers les a étendus à leur état actuel.
Étant donné que la longueur d'onde du photon détermine son énergie et sa température, le photon à ondes courtes est plus énergétique et plus chaud. Plus nous remontons dans le temps, plus la température sera élevée, jusqu'à ce qu'à un certain point nous atteignions les premiers stades du Big Bang. Important: le Big Bang chaud avait une scène qui peut être appelée le plus tôt!
Si nous extrapolons le passé indéfiniment, nous atteindrons une singularité dans laquelle la physique cesse de fonctionner. Avec notre compréhension actuelle de l'état précoce de l'Univers, nous savons que le Big Bang chaud et dense a été précédé d'un état d'inflation, et sa durée était incertaine. Lorsque nous parlons de l'âge de l'Univers, nous parlons du temps qui s'est écoulé depuis la première fois que l'Univers a pu être décrit à travers le chaud Big Bang.
Selon les lois de la Théorie Générale de la Relativité, dans un univers comme le nôtre:
• de même densité sur les plus grandes échelles,
• avec les mêmes lois et propriétés en tous lieux,
• le même dans toutes les directions,
• avec le Big Bang qui s'est produit dans tous les endroits en même temps,
il existe une relation unique entre l'âge de l'univers et son expansion tout au long de la vie.
En d'autres termes, si nous pouvons mesurer la façon dont l'Univers se développe aujourd'hui et comment il s'est développé tout au long de la vie, nous calculerons avec précision les composants qui le composent. Nous le savons de nombreuses observations différentes, à savoir:
• Des mesures directes de la luminosité et des distances à des objets de l'Univers tels que les étoiles, les galaxies et les supernovae, qui nous permettent de construire un escalier spatial des distances.
• À partir de mesures de structures à grande échelle, d'amas de galaxies et d'oscillations acoustiques baryoniques.
• Des fluctuations du rayonnement de fond, dans une «photographie» de l'Univers prise à 380 000 ans.
En combinant tout cela, nous obtenons l'Univers, composé actuellement de 68% d'énergie sombre, 27% de matière noire, 4,9% de matière normale, 0,1% de neutrinos et 0,01% de rayonnement et, en général, c'est tout. Mais si vous ajoutez les caractéristiques actuelles de l'expansion de l'Univers, elle peut être extrapolée et découvrir toute l'histoire de l'expansion et, par conséquent, l'âge de l'Univers.
Le nombre résultant - le plus précisément, l'expérience de Planck nous le donne, mais d'autres sources, telles que les mesures des supernovae, le télescope Hubble et le relevé numérique du ciel de Sloan - apportent leurs corrections - il se révèle être de 13,81 milliards d'années, avec une erreur de seulement 120 millions d'années. Cela signifie qu'à l'âge de l'Univers, nous sommes sûrs à 99,1%, ce qui est étonnamment précis!
Oui, nous avons beaucoup de données différentes indiquant ce nombre, mais en fait, c'est une méthode. Nous avons juste eu de la chance qu'il y ait une image cohérente vers laquelle toutes les données pointent, mais chacune de ces limitations ne suffit pas à elle seule pour dire: "L'univers n'est que cela." Au lieu de cela, ils offrent tous une gamme de possibilités, et l'endroit où ils se croisent nous dit où nous vivons.
Si l'Univers avait aujourd'hui exactement les mêmes propriétés, mais qu'il serait composé à 100% de matière normale, sans matière noire ni énergie noire, il n'aurait alors que 10 milliards d'années. S'il y avait 5% de matière normale dans l'Univers (sans matière noire et énergie noire) et que la constante de Hubble était égale à 50 km / s / Mps au lieu de 70 km / s / Mps, alors l'Univers serait de 16 milliards d'années. Mais, en combinant toutes les données connues, nous pouvons dire avec confiance que 13,81 milliards d'années sont l'âge de l'Univers avec une petite erreur. C'est une réalisation incroyable de la science.
Et tout cela en général donne une méthode. Il s'agit de la méthode principale, la meilleure et la plus complète, avec une énorme quantité de preuves diverses. Mais il y a un autre fait étonnamment utile pour vérifier nos résultats.
Le scintillement des étoiles est la preuve de leur variabilité en raison du rapport unique de la période de scintillement à la luminosité.C'est un fait de notre compréhension de la façon dont les étoiles vivent, brûlent leur carburant et meurent. Plus précisément, nous savons que toutes les étoiles, lorsqu'elles sont vivantes et brûlent leur combustible principal (synthétisent de l'hélium à partir de l'hydrogène), ont une certaine luminosité et une certaine couleur, et elles conservent cette luminosité et cette couleur pendant une certaine période de temps: jusqu'à ce que le combustible commence à s'épuiser dans leurs noyaux .
À ce moment, des étoiles brillantes, bleues et plus massives commencent à «s'éteindre» de la séquence principale (une courbe dans le diagramme de couleur et de taille), se transformant en géants et / ou supergiants.
En regardant où se situe ce point «d'arrêt» pour les amas d'étoiles apparues à peu près au même moment, nous pouvons calculer - en sachant comment les étoiles fonctionnent - quel âge ont les étoiles dans l'amas. En considérant les plus anciens amas globulaires, qui contiennent les éléments les moins lourds, et dont les arrêts se produisent avec des étoiles de la plus petite masse, nous constatons que leur âge est très régulièrement égal à 13,2 milliards d'années, mais pas plus (gardez à l'esprit que ce cas, l'erreur est assez importante, environ un milliard d'années).
L'âge des plus anciens amas globulaires connus atteint 95% de l'âge de l'univers.Assez souvent, il y a un âge de 12 milliards d'années, mais des âges de l'ordre de 14 milliards d'années et plus ne sont jamais trouvés, bien que dans les années 1990, ils aient souvent mentionné des âges de 14 à 16 milliards d'années. Améliorer la compréhension du fonctionnement des étoiles et de leur évolution a réduit ces chiffres.
En général, nous avons deux méthodes - l'une de l'histoire de l'espace et la seconde de la mesure des étoiles locales - montrant que l'âge de notre univers est de l'ordre de 13 à 14 milliards d'années. Personne ne serait surpris si nous avions 13,6 milliards ou 14,0 milliards, mais on peut affirmer avec une grande précision que nous n'avons pas 13,0 ou 15,0 milliards d'années. Parlez avec confiance que nous avons 13,8 milliards d'années - vous savez maintenant comment nous l'avons calculé!