La composition de l'univers

L'univers est un lieu vaste et fascinant. Lorsque les astronomes considèrent de quoi il est fait, ils peuvent pointer le plus directement vers les milliards de galaxies qu'il contient. Chacun d'eux a des millions ou des milliards, voire des milliards d'étoiles. Beaucoup de ces étoiles ont des planètes. Il y a aussi des nuages ​​de gaz et de poussière. 

Entre les galaxies, où il semble qu'il y aurait très peu de "trucs", des nuages ​​de gaz chauds existent à certains endroits, tandis que d'autres régions sont des vides presque vides. Tout cela est du matériel détectable. Alors, comment peut-il être difficile de regarder dans le cosmos et d'estimer, avec une précision raisonnable, la quantité de masse lumineuse (le matériau que nous pouvons voir) dans l'univers, en utilisant la radio, l'infrarouge et l'astronomie à rayons X?

Détection des "trucs" cosmiques

Maintenant que les astronomes ont des détecteurs très sensibles, ils font de grands progrès dans la détermination de la masse de l'univers et de ce qui la compose. Mais ce n'est pas le problème. Les réponses qu'ils obtiennent n'ont aucun sens. Leur méthode pour additionner la masse est-elle mauvaise (peu probable) ou y a-t-il autre chose là-bas? autre chose qu'ils ne peuvent pas voir? Pour comprendre les difficultés, il est important de comprendre la masse de l'univers et comment les astronomes la mesurent.

Mesurer la masse cosmique

L'un des plus grands éléments de preuve de la masse de l'univers est quelque chose appelé le fond micro-ondes cosmique (CMB). Ce n'est pas une «barrière» physique ou quelque chose comme ça. Au lieu de cela, c'est une condition du premier univers qui peut être mesurée à l'aide de détecteurs à micro-ondes. Le CMB remonte à peu de temps après le Big Bang et est en fait la température de fond de l'univers. Considérez-la comme une chaleur détectable dans le cosmos également dans toutes les directions. Ce n'est pas exactement comme la chaleur provenant du Soleil ou rayonnant d'une planète. Au lieu de cela, c'est une température très basse mesurée à 2,7 degrés K. Lorsque les astronomes vont mesurer cette température, ils voient de petites, mais importantes fluctuations se propager à travers ce fond de «chaleur». Cependant, le fait qu'il existe signifie que l'univers est essentiellement "plat". Cela signifie qu'il se développera pour toujours.

Alors, que signifie cette planéité pour déterminer la masse de l'univers? Essentiellement, étant donné la taille mesurée de l'univers, cela signifie qu'il doit y avoir suffisamment de masse et d'énergie présentes pour le rendre "plat". Le problème? Eh bien, lorsque les astronomes additionnent toute la matière "normale" (comme les étoiles et les galaxies, plus le gaz dans l'univers, cela ne représente qu'environ 5% de la densité critique dont un univers plat a besoin pour rester plat.

Cela signifie que 95% de l'univers n'a pas encore été détecté. C'est là, mais c'est quoi? Où est-ce? Les scientifiques disent qu'elle existe sous forme de matière noire et d'énergie noire. 

La composition de l'univers

La masse que nous pouvons voir est appelée matière "baryonique". Ce sont les planètes, les galaxies, les nuages ​​de gaz et les amas. La masse invisible ne s'appelle pas matière noire. Il y a aussi de l'énergie (lumière) qui peut être mesurée; fait intéressant, il y a aussi la soi-disant «énergie sombre». et personne n'a une très bonne idée de ce que c'est. 

Alors, qu'est-ce qui compose l'univers et dans quels pourcentages? Voici une ventilation des proportions actuelles de masse dans l'univers.

Éléments lourds dans le cosmos

Il y a d'abord les éléments lourds. Ils représentent environ 0,03% de l'univers. Pendant près d'un demi-milliard d'années après la naissance de l'univers, les seuls éléments qui existaient étaient l'hydrogène et l'hélium Ils ne sont pas lourds.

Cependant, après la naissance, la vie et la mort des étoiles, l'univers a commencé à être ensemencé avec des éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium qui étaient "cuits" à l'intérieur des étoiles. Cela se produit lorsque les étoiles fusionnent de l'hydrogène (ou d'autres éléments) dans leurs noyaux. Stardeath propage tous ces éléments dans l'espace par le biais d'explosions de nébuleuses planétaires ou de supernova. Une fois qu'ils sont dispersés dans l'espace. ils sont un matériau de choix pour la construction des prochaines générations d'étoiles et de planètes. 

Il s'agit cependant d'un processus lent. Même près de 14 milliards d'années après sa création, la seule petite fraction de la masse de l'univers est constituée d'éléments plus lourds que l'hélium.

Les neutrinos

Les neutrinos font également partie de l'univers, bien qu'environ 0,3% seulement. Ceux-ci sont créés lors du processus de fusion nucléaire dans les noyaux des étoiles, les neutrinos sont des particules presque sans masse qui se déplacent à presque la vitesse de la lumière. Couplées à leur manque de charge, leurs minuscules masses signifient qu'elles n'interagissent pas facilement avec la masse, sauf pour un impact direct sur un noyau. Mesurer les neutrinos n'est pas une tâche facile. Mais, cela a permis aux scientifiques d'obtenir de bonnes estimations des taux de fusion nucléaire de notre Soleil et d'autres étoiles, ainsi qu'une estimation de la population totale de neutrinos dans l'univers.

Étoiles

Lorsque les observateurs d'étoiles regardent dans le ciel nocturne, la plupart de ce que l'on voit sont des étoiles. Ils représentent environ 0,4% de l'univers. Pourtant, lorsque les gens regardent même la lumière visible provenant d'autres galaxies, la plupart de ce qu'ils voient sont des étoiles. Il semble étrange qu'ils ne constituent qu'une petite partie de l'univers. 

Des gaz

Alors, quoi de plus, abondant que les étoiles et les neutrinos? Il s'avère que, à quatre pour cent, les gaz constituent une partie beaucoup plus grande du cosmos. Ils occupent généralement l'espace entre étoiles, et d'ailleurs, l'espace entre des galaxies entières. Le gaz interstellaire, qui est principalement de l'hydrogène élémentaire libre et de l'hélium, constitue la majeure partie de la masse de l'univers qui peut être directement mesurée. Ces gaz sont détectés à l'aide d'instruments sensibles aux longueurs d'onde radio, infrarouge et rayons X.

Matière noire

La deuxième "substance" la plus abondante de l'univers est quelque chose que personne n'a vu autrement détecté. Pourtant, il représente environ 22% de l'univers. Les scientifiques analysant le mouvement (rotation) des galaxies, ainsi que l'interaction des galaxies dans les amas de galaxies, ont découvert que tout le gaz et la poussière présents n'étaient pas suffisants pour expliquer l'apparence et les mouvements des galaxies. Il s'avère que 80% de la masse de ces galaxies doit être "sombre". Autrement dit, il n'est pas détectable dans tout longueur d'onde de la lumière, radio par rayons gamma. Voilà pourquoi ce "truc" est appelé "matière noire". 

L'identité de cette mystérieuse masse? Inconnue. Le meilleur candidat est la matière noire froide, qui est théoriquement une particule semblable à un neutrino, mais avec une masse beaucoup plus grande. On pense que ces particules, souvent connues sous le nom de particules massives à faible interaction (WIMP), sont issues d'interactions thermiques dans les premières formations de galaxies. Cependant, jusqu'à présent, nous n'avons pas pu détecter la matière noire, directement ou indirectement, ni la créer dans un laboratoire.

Énergie noire

La masse la plus abondante de l'univers n'est ni la matière noire, ni les étoiles, ni les galaxies, ni les nuages ​​de gaz et de poussière. C'est quelque chose appelé "énergie sombre" et qui représente 73% de l'univers. En fait, l'énergie sombre n'est pas (probablement) même massive du tout. Ce qui rend sa catégorisation de la «masse» quelque peu déroutante. Alors c'est quoi? C'est peut-être une propriété très étrange de l'espace-temps lui-même, ou peut-être même un champ d'énergie inexpliqué (jusqu'à présent) qui imprègne l'univers entier. Ou ce n'est ni l'une ni l'autre de ces choses. Personne ne sait. Seul le temps et beaucoup, beaucoup plus de données nous le diront.

Édité et mis à jour par Carolyn Collins Petersen.