Je regardais cette mignonne vidéo lorsque je me suis souvenu d'une très brève conversation que j'ai tenue avec un ami l'autre soir en regardant les étoiles (brièveté assez motivée par les températures en dessous de zéro il faut dire, malheureusement d'ailleurs pour mon esprit critique qui était alors en hibernation). Je vous la retranscris en essayant de rester fidèle aux principales paroles prononcées et aux idées qui vont avec : il me soutient que comme "l'univers s'étend de plus en plus vite", il y a actuellement des étoiles que l'on pouvait voir avant que l'on ne peut plus voir maintenant parce que la vitesse d'expansion a dépassée celle de la lumière. Devant mon scepticisme affiché, il insiste en prétendant que si, si, "les astronomes se sont rendus compte qu'il y avait des constellations qui avaient disparu" du fait de cette expansion. Restant profondément sceptique, je réponds que je n'y crois pas en l'état mais qu'il faudrait vérifier. Je viens donc de faire quelques recherches sur le sujet, et après vérification, je dois d'une part admettre qu'il avait raison parce ce qu'il dit n'est pas faux, et d'autre part juger qu'il avait complètement tort parce qu'il disait quand même prodigieusement n'importe quoi. Et si je me méfie toujours des gens qui affirment péremptoirement des faits dont il est manifeste qu'ils ne les maîtrisent pas vraiment, je m'émerveille lorsque ce qu'ils disent si mal est si proche de la vérité.

Mais faisons d'abord un rapide cours d'astrophysique pour vous aider à comprendre ce qu'est l'expansion de l'univers (vous allez voir, c'est facile). L'univers, tel qu'on le suppose[1] actuellement dans tous les modèles physiques existants, n'est pas statique, c'est à dire qu'il n'est pas fixe, qu'il bouge, qu'il évolue, par exemple qu'il change de forme. Prenons un exemple très parlant : celui du cake aux raisins. Imaginez que l'univers est un cake aux raisins entrain de cuire dans un four. Lorsqu'il cuit, le cake n'est pas statique : il gonfle (sinon vous obtiendriez à la fin un espèce d'infâme pudding étouffe-chrétien et je crois que vous n'aimeriez pas les cake). L'univers est exactement pareil : il gonfle (malheureusement pas grâce à de la levure cosmique et quelque four supra-sidéral ; ici il est plus question de forces de pression et de phénomènes mal connus qui se cachent derrière les concepts nébuleux d'énergie noire et de matière noire - mais peu importe les raisons, il gonfle). Il gonfle en permanence. Concrètement, cela signifie que si vous prenez par exemple deux étoiles de l'univers, la distance entre ces deux étoiles augmente au fil du temps. En effet, revenons à l'exemple : dans notre bel univers-cake aux raisins, imaginez que les étoiles soient les raisins, justement. Lorsque le cake gonfle, les raisins, au départ très rapprochés les uns des autres dans la pâte crue, s'écartent les uns des autres. Le phénomène est rigoureusement le même dans l'univers. Prenez deux étoiles, comme la partie d'univers qui est entre les deux gonfle au fil du temps, la distance entre ces deux étoiles augmente. Autrement dit, ces deux étoiles s'éloignent l'une de l'autre (... enfin c'est l'idée ; ce n'est pas toujours vrai mais je ne veux pas vous perdre avec des détails). Voilà ce qu'on appelle expansion de l'univers[2].

Ce qu'il faut comprendre ensuite, c'est que cette expansion se caractérise par un taux et non par une vitesse (d'ailleurs, parler de vitesse d'expansion de l'univers est à la fois un gros délire et une preuve de méconnaissance totale du phénomène). Intuitivement, l'on voudrait parler de vitesse : deux étoiles vont s'éloigner d'autant plus rapidement l'une de l'autre que l'expansion de l'univers est rapide. Il y a donc bien une idée de vitesse là derrière, mais elle est incomplète : reprenez votre cake et imaginez qu'il gonfle vraiment beaucoup pendant la cuisson dans un moule sans bords (comme ça il gonfle de tous les côtés et pas seulement vers le haut), histoire de bien voir ce qu'il se passe. Alors si vous prenez deux raisins proches au départ, il seront un peu éloignés après la cuisson, et si vous prenez deux raisins déjà éloignés au départ, ils seront vraiment très éloignés après la cuisson. Dans le même temps, les deux premiers raisins n'ont pas beaucoup bougé l'un par rapport à l'autre, donc ils ont eu une vitesse d'éloignement assez faible, alors que les deux autres raisins se sont beaucoup déplacés et ont donc eu une vitesse d'éloignement de l'un par rapport à l'autre plus importante. Autrement dit, plus deux raisins sont loin l'un de l'autre au départ, plus ils vont s'éloigner rapidement l'un de l'autre pendant la cuisson - ce qui se comprend bien puisqu'il y a alors plus de pâte entre les deux qui va gonfler. Revenons aux étoiles en appliquant l'analogie : la vitesse d'éloignement d'une étoile par rapport à une autre est proportionnelle à la distance qu'il y a entre deux étoiles. Et, comme on l'a déjà dit, elle est aussi proportionnelle à la "vitesse" d'expansion de l'univers, que l'on préfère donc appeler "taux" puisqu'il ne s'agit plus d'une vitesse à proprement parler. Finalement, pour calculer la vitesse d'éloignement d'une étoile donnée par rapport à nous, on se retrouve avec une formule du type v = H d, où v est la vitesse d'éloignement, d la distance entre nous et l'étoile en question, et H le taux d'expansion de l'univers[3], dont l'on connait la valeur par des mesures expérimentales. Lorsque l'on dit que l'expansion de l'univers est de plus en plus rapide, cela signifie concrètement que ce taux d'expansion H augmente au fil du temps, ce qui est effectivement vrai (rassurez-vous ! c'est vrai uniquement à des échelles de temps de l'ordre du million, voire du milliard d'années, je pense).

Revenons maintenant aux questions posées par les affirmations de l'ami: la vitesse d'expansion de l'univers est-elle supérieure à celle de la lumière, et qu'est-ce cela peut changer pour l'observation de l'univers ? Bon, maintenant, vous savez que ce que je viens de dire manque de sens ; il faudrait plutôt se demander si le taux d'expansion de l'univers est tel que la vitesse d'éloignement de certains astres[4] par rapport à nous est supérieure à celle de la lumière. À cette simple question, la réponse est oui ; on aurait pu d'ailleurs s'en douter, puisqu'il suffit qu'ils soient assez éloignés pour que ces astres aillent assez vite. En connaissant H (de l'ordre de 70 km/s par mégaparsec ; si vous ne comprenez pas ce que je viens d'écrire, ce n'est pas grave) et la vitesse de la lumière, on peut d'ailleurs calculer très facilement la distance minimale nécessaire : environ (en très, très gros) 15 milliards d'années-lumières (si je ne fais pas d'erreur : je suis malheureusement loin de m'y connaître vraiment en astrophysique, les maths sont tellement plus drôles). Ainsi, la lumière envoyée en cet instant par toutes les étoiles qui sont à une distance supérieure à environ 15 milliards d'années-lumières de notre Terre ne nous parviendra jamais, du fait de l'expansion de l'univers qui "allonge" sans cesse le chemin à parcourir pour la lumière, et l'allonge trop.

Donc si je me tiens à l'honnêteté intellectuelle pure, l'ami pourrait avoir eu raison : dans l'absolu, ce qu'il disait n'est pas faux. Concrètement, on peut imaginer qu'il y ait des étoiles qui aient un jour émis de la lumière qui nous parvient, et qui émettent maintenant de la lumière qui ne nous parviendra plus soit parce qu'elles sont devenues trop éloignées, soit parce que le taux d'expansion est devenu trop important. Elles devraient donc s'éteindre un jour des télescopes des astronomes.

En pratique, on aurait plutôt tendance à dire qu'il avait tort. D'abord parce qu'une fois le calcul fait, on se dit que 15 milliards d'années-lumière, c'est quand même beaucoup. En fait, il n'y a que très peu d'objets que l'on arrive à observer à cette distance, en partie parce que c'est très loin donc on ne peut voir que des astres extrêmement lumineux, et en partie parce que cela correspond aussi à la limite de l'univers observable définie cette fois par un phénomène plus simple, l'âge de l'univers[5]. Donc si des astres ont effectivement "disparu" des télescopes pour une telle raison, ce sont de toutes les façons des astres qu'on a déjà un peu de mal à observer ; et ensuite, ce ne sont sûrement pas des "constellations", mais des astres isolés que seuls les astronautes chevronnés peuvent observer (et ils n'ont pas pour habitude de rassembler leurs observations en constellations...). Mais d'ailleurs, de ses paroles et des idées qui en ressortaient - relisez-les, vous pouvez maintenant le juger avec moi - me semblent plus se dégager une méconnaissance plutôt importante du phénomène, et éventuellement quelques confusions, qu'une réelle compréhension, c'était d'ailleurs ce qui avait essentiellement causé mon scepticisme.

Je jugeais donc qu'il avait tort parce qu'il venait m'affirmer presque mordicus bien que de façon floue quelque chose qu'il ne maîtrisait manifestement pas. Et pourtant, la vérité ne se cachait pas loin (soit dans les faits, soit dans ses propos : je n'ai pas réussi à déterminer s'il y a effectivement des astres qui ont disparu des télescopes des astronautes du fait de l'expansion de l'univers, même si j'en doute). J'admire parfois beaucoup les gens qui peuvent énoncer de façon si peu pertinente des faits si proches de la réalité. Il faut être courageux pour mettre en jeu de la sorte un peu de sa crédibilité dans l'espoir de gagner un peu d'assurance. Je n'y arrive pas souvent, personnellement. Ce qui fait que les adverbes "relativement", "plus ou moins", "peut-être" et consœurs sont mes meilleurs amis ; ce n'est pas toujours plus agréable...

Notes

[1] C'est une supposition stricto sensu, comme toutes les modélisations, mais autant dire que c'est une vérité : le côté non statique de l'univers est prévu par les équations de la relativité générale formulées par Einstein en 1915, et jamais remises sérieusement en question depuis ; autrement dit un roc plus que solide jusqu'à présent

[2] Qui est donc responsable de la formule un peu énigmatique pour le profane mais que vous pouvez comprendre maintenant : "les galaxies s'éloignent toutes les unes des autres".

[3] Le paramètre H est aussi appelé constante de Hubble, ce qui est plutôt mal nommé puisqu'il ne s'avère pas constant par rapport au temps ! Mais je crois qu'on ne le savait pas lorsqu'on l'a nommée ainsi. Ou sinon, c'est juste pour mettre en avant son côté constant dans tout l'univers à un instant donné.

[4] En fait des galaxies, plutôt que des étoiles. L'expansion de l'univers se fait sentir à des échelles qui mettent en jeu les galaxies bien plus que les étoiles ; mais j'ai utilisé le terme étoile parce qu'il fait parfois moins peur aux gens... et pour retrouver mon propos initial d'observation d'étoiles où l'on parle d'étoile comme point lumineux dans le ciel (qui peut potentiellement être aussi bien une étoile qu'une galaxie donc) et pas comme astre.

[5] Qui est d'environ 15 milliards d'années ; la lumière voyageant à la vitesse d'une année-lumière par an par définition, cela signifie qu'on ne peut rien observer de plus loin qu'environ 15 milliards d'années-lumière puisqu'aucune lumière émise par un éventuel objet plus lointain n'a eu encore le temps de nous atteindre. Que l'on retrouve 15 milliards d'années-lumières dans les deux cas relève plus de la coïncidence que d'une quelconque signification mystique, surtout vu les approximations que j'ai employées dans les calculs : les valeurs sont précises à 30% près.