Si nous pouvions regarder l’univers de l’extérieur, à quoi ressemblerait-il ? Quelle est la forme de l’espace qui nous entoure ? La question passionne les scientifiques, qui n’ont toujours pas réussi à se mettre d’accord sur ce à quoi il ressemble — contrairement à la forme de la Terre, même si quelques « platistes » doutent encore.
À quoi s’intéresse-t-on exactement quand on parle de la forme de l’univers ? Sandrine Codis, astrophysicienne et chargée de recherche à l’Institut d’astrophysique de Paris, nous explique qu’il faut distinguer deux éléments : la forme de l’univers et sa courbure : « La courbure de l’univers est une quantité locale, tandis que la question de la forme de l’univers est plus globale. »
Pourquoi est-il si important de découvrir la forme de notre univers ? Selon la spécialiste, elle permet de « comprendre la formation » de l’univers et d’ « en savoir davantage sur son histoire. Cela pourrait permettre de comprendre comment le Big Bang (le moment où l’univers était petit) s’est produit. »
Concernant la courbure, plusieurs hypothèses sont possibles. L’univers pourrait être fermé (courbure spatiale positive), ouvert (courbure spatiale négative) ou plat (courbure spatiale nulle).
Comprendre la courbure de l’espace
« La courbure apparaît dans le cadre de la relativité générale qui ne fait aucune supposition sur la forme globale », poursuit Sandrine Codis. La relativité générale, la théorie la plus connue d’Albert Einstein, nous apprend que « la masse a provoqué une courbure de l’espace et que les objets qui voyagent dans cet espace courbé voient leur trajectoire déviée comme si une force agissait sur eux », écrit la Nasa sur son site StarChild, dédié aux apprentis astronomes de 5 à 13 ans.
Selon cette théorie, l’espace lui même peut être courbé. Il ne faut pas non plus oublier que, selon la relativité générale, il faut prendre en compte 4 dimensions : 3 dimensions d’espace et une dimension de temps, qui forment l’espace temps.
Pour comprendre la relativité, vous pouvez imaginer une nappe tendue. Si vous posez un objet dessus, son poids va déformer la nappe qui ne sera plus plate. Si vous posez un autre objet sur la nappe, sa propre trajectoire ne sera pas linéaire sur la nappe, car celle-ci est déformée.
Quelle incidence de la forme de l’univers sur sa masse ?
En sachant cela, on peut revenir aux trois courbures supposées de l’univers et se demander ce qu’elles signifient en terme de masse et d’expansion.
- Si l’univers est ouvert, la Nasa nous explique qu’il « n’a pas de limites et s’étendra pour toujours ». La masse de l’univers n’est pas suffisante pour faire cesser son expansion.
- Si l’univers est plat, il n’a pas non plus de limites et s’étendra toujours. Contrairement à un univers ouvert, la masse est suffisante pour que l’expansion s’arrête « mais seulement après une période de temps infinie » : le taux auquel il s’étend s’approchera de plus en plus zéro.
- Si l’univers est fermé, sa masse est largement suffisante pour que l’expansion s’arrête. L’univers ne serait alors pas infini, mais il n’a pas de « fins » non plus, car c’est une sphère. Lorsque l’expansion s’arrêtera, l’univers connaîtra une contraction : au lieu de s’écarter les unes des autres, les galaxies se rapprocheront tandis que « l’univers s’effondrera sur lui même », nous apprend la Nasa.
L’univers serait plat (mais sa forme peut être complexe)
Aujourd’hui, laquelle de ces théories est la plus probable ? L’univers serait plutôt plat. Ce sont les données du satellite Planck, développé par l’ESA et chargé de mesurer le rayonnement le plus ancien émis dans l’univers, qui ont permis d’aller dans le sens de cette hypothèse.
« Les mesures du fond diffus cosmologique, réalisées par la mission Planck, permettent de regarder dans le passé de l’univers à grande échelle. Selon ces observations, l’univers a une courbure presque nulle (presque égale à zéro) et semble donc compatible avec un espace infini à courbure nulle », complète l’astrophysicienne Sandrine Codis. La mission Planck a révélé un autre élément : « Aucune répétition n’a été observée dans le fond cosmologique. On sait donc que sur une échelle gigantesque l’univers est plat », ajoute notre interlocutrice.
Sachant cela, quelles sont les implications pour la forme globale de l’univers ? « Cela n’exclut pas que l’univers puisse avoir une forme plus complexe », poursuit notre interlocutrice. Il est aussi probable que nous ne sachions jamais si l’univers est infini : la spécialiste nous explique que l’humain a probablement atteint les plus grandes échelles qu’il puisse observer.
Des anomalies à grande échelles ont cependant été remarquées dans ce fond cosmologique. « Il y a des corrélations entre les températures dans les différentes directions de l’univers que l’on sait modéliser. Le fond cosmologique reproduit cette modélisation mais aux très grandes échelles il y a une anomalie, un défaut de corrélation. Il pourrait s’agir de la manifestation d’une forme complexe de l’univers ou peut-être qu’il s’agit là d’une fluctuation statistique », note Sandrine Codis.
Les géométries supposées de l’univers sont nombreuses et certaines sont particulièrement complexes. L’une d’elles pourrait être ce qu’on appelle un « tore », c’est-à-dire une sorte de donut enroulé autour d’un trou. « Si l’univers a cette forme, le temps pour partir de la Terre et y revenir serait probablement d’au moins quelques dizaines de milliards d’années », avance l’astrophysicienne.
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