Notes sur l'expansion accélère - 2° partie, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur l'expansion accélère - 2° partie, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur l' accélération - L'expansion accélère - 2° partie. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: la constante de Hubble, les résultats.
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Microsoft Word - Découvrir l'Univers Age - Univers

Les estimations de l'âge de l'Univers basées sur la constante de Hubble reposent sur des considérations purement cosmologiques et sur l'hypothèse que notre description de l'évolution de l'Univers est correcte. Il convient donc d'essayer de vérifier ces estimations de façon indépendante. La nature fait bien les choses puisque l'expansion n'est pas le seul moyen que nous ayons à notre disposition. En effet, nous pouvons également calculer l'âge de certains constituants de l'Univers, ce qui nous offre une valeur minimale de l'âge de ce dernier.

Plusieurs méthodes différentes

Nous pouvons par exemple considérer les amas d'étoiles. Les astrophysiciens ont à leur disposition un moyen de déterminer l'âge d'un amas avec une précision de l'ordre de 10 pour cent en étudiant la forme de saséquence principale. Il suffit d'utiliser cette méthode pour essayer de trouver l'âge des plus vieux amas d'étoiles de l'Univers. En faisant l'hypothèse que ces amas se sont formés rapidement après la naissance de l'Univers, ceci nous fournit une nouvelle évaluation de l'âge de ce dernier, indépendante de considérations cosmologiques. Une méthode similaire consiste à observer des étoiles individuellement s'il est possible de déterminer leur âge sans utiliser la technique précédente.

Plutôt que les étoiles, nous pouvons aussi considérer des constituants plus fondamentaux : les noyaux atomiques. Les protons et neutrons qui constituent les noyaux ont une tendance, très faible mais réelle, à se transformer les uns en les autres. Lorsqu'une telle transformation se produit, une restructuration du noyau a lieu et l'identité du noyau change. Le temps caractéristique de ce type de transformation est appelé la période et on le définit comme l'intervalle de temps nécessaire pour que la moitié des noyaux d'un échantillon se soient transformés. Par exemple, pour l'uranium-235, cette période est d'environ un milliard d'années. Ainsi, si vous isolez un échantillon de 1000 noyaux d'uranium-235 à un temps donné, il ne restera que 500 noyaux de ce type après un milliard d'années, 250 après deux milliards, 125 après trois milliards et ainsi de suite.

Le mécanisme précédent peut nous permettre de déterminer l'âge des noyaux les plus anciens. Considérons par exemple l'uranium. Il existe dans la nature deux types principaux de noyaux d'uranium qui se distinguent par un nombre de neutrons légèrement différents. Ainsi, un noyau d'uranium-235 contient 143 neutrons alors qu'un noyau d'uranium-238 en possède 146. Du fait de leur structure légèrement différente, ces deux noyaux ont des périodes différentes : un milliard d'années pour l'uranium-235 et plus de six milliards pour l'uranium-238.

Isolons donc à un temps donné un échantillon contenant des quantités identiques des deux types de noyaux et attendons un milliard d'années. Après cet intervalle, nous nous retrouvons avec deux fois moins de noyaux d'uranium-235, mais avec un nombre de noyaux d'uranium- 238 qui n'a guère varié car la période de cet élément est beaucoup plus longue. L'abondance

relative des deux noyaux change donc avec le temps, de façon connue, et c'est ainsi que nous pouvons déterminer l'âge des noyaux. En mesurant l'abondance relative actuelle, et en faisant une hypothèse sur l'abondance relative au moment du Big Bang, nous pouvons directement évaluer l'époque à laquelle les noyaux se sont formés. D'où une deuxième estimation indépendante de l'âge de l'Univers.

Les résultats

L'analyse des d'amas globulaires par la technique de la séquence principale a fournit une gamme assez large d'âges possibles, généralement entre 12 et 16 milliards d'années. L'incertitude assez large provient de la méthode employée ainsi que du manque de précision sur la distance exacte des amas observés.

En ce qui concerne l'observation d'étoiles individuelles, les meilleurs résultats proviennent du télescope spatial. En 2002, celui-ci se tourna vers l'amas globulaire M4, le plus proche de la Terre à une distance 5600 années-lumière. Il analysa la lumière de naines blanches extrêmement âgées et permit la détermination de leur âge : entre 12 et 13 milliards d'années.

Les estimations d'âge basées sur les noyaux atomiques sont très imprécises. Les mesures d'abondances de divers noyaux comme l'uranium, le thorium, l'osmium ou le rhénium indiquent un âge compris entre 10 et 17 milliards d'années.

De ces mesures, nous pouvons tirer une conclusion très importante. Toutes les estimations de l'âge de l'Univers, que ce soit d'après les modèles cosmologiques, les amas d'étoiles, les naines blanches ou les noyaux, sont en gros cohérentes entre elles. Aucune méthode ne donne un âge beaucoup plus grand ou petit que les autres, ce qui aurait pu se produire après tout. En tenant compte des incertitudes, aucun des constituants de l'Univers n'a un âge clairement supérieur à celui de l'Univers. Cet accord ne peut que renforcer notre confiance dans la vision actuelle de l'Univers que l'astrophysique nous propose.

 

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