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En 1933, Fritz Zwicky mesure le mouvement des galaxies, et est le premier à constater que la masse « lumineuse » estimée et la masse « gravitationnelle » mesurée dans les interactions entre galaxies pose problème. Les amas de galaxies sont beaucoup plus « lourds » que ce qu’ils devraient être. Mais à cette époque, le monde scientifique est accaparé par le sujet de l’expansion de l’univers et ses travaux ne sont pas suivis.
Il faut attendre les années 1960 et les mesures de rotation des galaxies effectuées par Louise Volders, puis par Vera Rubin, qui mettent en évidence le même problème : la rotation des éléments externes est quasi synchrone avec ceux du cœur, ce qui suggère que beaucoup de matière existe aux abords des parties « visibles » des galaxies, mais qui est totalement occultée à nos observations. Cette matière invisible est alors nommée Matière Noire. Et elle représente un bilan énergétique conséquent en proportion du contenu de l’univers.
En parallèle, la cosmologie progresse dans la compréhension du Big Bang, avec le postulat de l’Inflation qui explique les anisotropies de l’Univers, ainsi que le comportement des trous noirs, particulièrement grâce aux travaux de Stephen Hawking. Ce dernier travaille également sur des théories de « Multivers » – qui ne sont pas abouties à ce jour.
Enfin, en 1998, Deux équipes indépendantes, l’une menée par Saul Perlmutter, l’autre par Adam Riess et Brian Schmidt, réalisent des mesures de distance en observant des supernovae lointaines. Ces observations visent également à affiner la mesure du taux d’expansion de l’univers. Il découvrent alors que ce taux d’expansion a augmenté sur le dernier milliard d’années. Autrement dit : l’expansion de l’univers accélère. Cette découverte leur vaut le prix Nobel de physique en 2011.
L’explication la plus évidente à ce phénomène est qu’une source d’énergie provoque cette accélération. La quantité d’énergie requise est colossale dans la mesure ou elle doit contrer la gravitation qui a tendance a rapprocher les composantes de l’univers les unes des autres. Mais on ne sait encore quasiment rien de cette énergie que l’on appelle alors Energie Sombre.
De nos jours, si on doit faire le recensement de ce dont est constitué notre Univers, il ne faut plus seulement raisonner en fonction des objets que l’on voit. Depuis le début de l’Histoire humaine, nous avons essentiellement utilisé nos yeux pour observer et comprendre l’univers. Mais on constate que la lumière – ou plus exactement le messager de la force électromagnétique représenté par le photon – ne nous permet pas de tout observer.
Il faut alors raisonner en terme de bilan énergétique, ce qui englobe bien sur les objets physiques en vertu de la relation E = mc2 d’Einstein. Voici alors la répartition du « poids » énergétique des différents composants de l’univers :
En résumé, tous les progrès accomplis depuis l’Antiquité nous conduisent a constater que nous ne voyons qu’un peu plus de 4% de l’univers. On sait donc qu’on ne sait pas tout… et ce n’est pas une chose foncièrement négative, car cela veut aussi dire qu’il reste tant de choses à découvrir…
L’astronomie multi-messager
pour « voir plus loin » que les 4% observables classiquement, il faut donc exploiter d’autres « messagers » que le vecteur de la force électromagnétique. Sur les 4 forces fondamentales de la nature, seules deux sont à longue portée (l’électromagnétisme et la gravitation). Depuis 2015, les astronomes commencent à observer le ciel via les ondes gravitationnelles.
Mais on peut aussi en quelque sorte dire qu’on observe les deux autres forces de la nature (la force nucléaire forte et faible), en observant leur résidu. L’observation des neutrinos est difficile car ces particules interagissent très peu avec la matière, mais il existe des télescopes à neutrinos en service de par le monde. L’observation des « rayons cosmiques » est également un autre domaine actif de l’astronomie actuelle.
La pointe de l’observation astronomique arrive alors dès que l’on a l’opportunité d’observer ces différents messagers simultanément, ce qui s’est notamment produit lors de la collision d’étoiles a neutron en 2017. On parle alors d’astronomie multi-messager
Pour finir…
L’Astronomie est actuellement un domaine en pleine ébullition. Nous avons appris a observer le ciel, de plus en plus loin, avec de plus en plus de moyens, en utilisant de plus en plus de messages. L’observation s’est exportée dans l’espace, notamment avec les missions emblématiques que sont Voyager ou le Télescope Spatial Hubble. Les missions scientifiques actuelles, comme le JWST, le télescope « Vera Rubin », ou les missions « Euclid » ou « Nancy Grace Roman », cherchent à répondre aux questions les plus récentes que l’on se pose sur l’Univers et son évolution…
L’astronomie n’en a pas fini avec son histoire 🙂
Mais l’Astronomie moderne est également devenue publique et populaire. Comme Camille Flammarion en son temps, de nombreux scientifiques sont aujourd’hui également « passeurs de sciences » pour le public. On doit notamment mentionner Carl Sagan, qui fut un des plus importants vulgarisateurs du XXe siècle, ainsi que Hubert Reeves, ou encore André Brahic pour les francophones. Il en existe beaucoup d’autres actuellement en « service », qui nous font découvrir l’astronomie dans toute sa beauté et toute sa complexité, et qui entreront eux aussi dans l’Histoire. Sans eux, les amateurs comme nous ne connaitrions qu’une fraction de ce qui nous est actuellement accessible.
Bibliographie