Mercredi 27 avril 2011 à 8:33

Astronomie, univers

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    Mes articles sur l’astronomie ont suscité quelques commentaires et mails qui me posent diverses questions.
    Je répondrai à certaines par mails, mais lorsque la réponse est générale, je le ferai sur le blog :


    Coldtroll me demande pourquoi certaines galaxies sont elles plates et non sphériques ou ellipsoïdales.

    Au départ on peut penser que à la suite du big-bang, les mouvements assez désordonnés et vers l’extérieur engendreraient une forme sphérique.
    Effectivement les galaxie jeunes sont souvent ellipsoïdales, ce qui est proche de la sphère, mais elles s’aplatissent progressivement. Pourquoi.?
    Le mécanisme détaillé est complexe et je ne serais pas capable de vous en donner la formulation mathématique (j’ai trop oublié les maths de ma jeunesse, surtout ceux qui ne m’ont jamais servi !!).
    Mais une explication toute simple peut être donnée, même si elle ne représente pas la totalité du phénomène. (si je voulais vraiment l'expliquer totalement je devrais raisonner en relativité générale, alors que là je vais rester dans la mécanique newtonnienne.)


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    La galaxie représente une masse très importante et vous savez que les masses s’attirent (la force d’attraction gravitationnelle est égale au produit des masses et à l’inverse du carré de la distance).
    On peut en simplifiant considérer que la masse totale de la galaxie va agir sous forme d’une “masse équivalente” (un peu plus petite), située en son centre C.
    La galaxie tourne sur elle même autour d’un axe passant par ce centre.
    Examinons ce qui se passe pour deux étoiles E1 et E2.
    E1 est située dans le plan équatorial de la galaxie. Elle est attirée par le centre C par la force gravitationnelle. Mais dans le même plan que celle ci et opposée à elle, la rotation entraîne une force centrifuge. Si les deux forces ne sont pas très différentes, l'étoile changera légèrement d'orbite et la position de l’étoile va devenir stable à une distance où les deux forces s’équilibreront.
    E2 n’est pas située dans le plan équatorial mais dans le plan parallèle perpendiculaire à l’axe de rotation, dans lequel se situe également la force centrifuge. La force de gravitation par contre est dirigée vers le centre et n'est pas dans ce plan, et la résultante est donc dirigée vers le plan équatorial.
    Si la force centrifuge est trop forte l’étoiile est éjectée de la galaxie.
    Si elle n’est pas assez forte pour cela la résultante la fait “tomber” vers le plan équatorial.
    La galaxie “s’effondre” donc peu à peu sous une forme de plus en plus aplatie.

    Plusieurs correspondant(e)s me demande ce qu’est le “big bang” et au passage, il n’y a pas de ho,nte à ne pas le savoir : c’est un phénomène que l’on connaît très mal, assez hypothétique, très complexe et donc dont on parle peu.

    Contrairement à ce que beaucoup croient (ou font croire), le “big bang” n’est pas une explosion qui aurait été à l’origine de l’Univers, en produisant, en un endroit donné la matière qui formera par la suite, étoiles et galaxies.


    Le “big bang “ est en fait un “modèle mathématique”, dérivé des théories de la relativité générale d’Albert Einstein, et développé par de nombreux mathématiciens et astrophysiciens, (et notamment dans les années 30 un prêtre, Georges Lemaître), théorie qui ensuite permet d’expliquer certaines constatations physiques effectuées sur les objets célestes et d’autre part d’imaginer une théorie plausible d’évolution de l’Univers.
    D’après cette théorie, l’univers aurait un “âge” d’environ 13,5 milliards d’années et serait en expansion. La quantité de matière le constituant étant finie, elle se dilue peu à peu, et a l’origine, aurait été fortement condensée et donc très “chaude” (un gaz comprimé est plus chaud qu’un gaz détendu).
    Moins de 400 000 ans après le Big Bang, alors que l’univers est mille fois plus chaud et un milliard de fois plus dense qu’aujourd’hui, les étoiles et les galaxies n’existaient pas encore.l’univers est composé d’un plasma d’électrons et de noyaux atomiques. Quand la température est suffisamment élevée, les noyaux atomiques eux-mêmes ne peuvent exister. On est alors en présence d’un mélange de protons, de neutrons et d’électrons. Dans les conditions qui règnent dans l’univers primordial, ce n’est que lorsque sa température descend en dessous de 0,1 MeV (soit environ un milliard de degrés K) que les nucléons peuvent se combiner pour former des noyaux atomiques. Il n’est cependant pas possible de fabriquer ainsi des noyaux atomiques lourds plus gros que le lithium.
    Au début, pendant cette phase chaude initiale, la matière formée était donc essentiellement légère : de l’hydrogène, de l’hélium, du lithium, formés à partir des particules élémentaires.
    Ce n’est que plus tard que se formeront, au sein des étoiles des éléments plus lourds -carbone, azote, hydrog§ne  - se sont formés, puis d’autres éléments.
    Comme la lumière et du temps pour voyager, plus nous arrivons à observer des objets lointains, plus nous arrivons à voir comment ils étaient dans un passé lointain.

    On a bâti des théories quant à la manière dont les particules élémentaires ont pu échanger entre elles et peu à peu constituer la matière.
Mais beaucoup de ces questions nous sont encore inconnues et reposent sur des équations mathématiques dont les conséquences sont ensuite vérifiées par des observations (sinon on modifie la théorie !).
    Une grande question est celle de l’homogénéité de l’univers : les observations indiquent que l’univers est homogène et isotrope.On peut montrer mathématiquement qu’un univers homogène et isotrope à un instant donné va le rester. Par contre, le fait que l’univers soit homogène et isotrope dès l’origine n’est pas certain et par ailleurs on constate de petites inhomogénéités difficiles à interpréter;
    Un univers en expansion, homogène et symétrique entre matière et antimatière, ne serait à terme formé que de radiation. Or, nous existons !
    La rupture de la symétrie initiale de la théorie du big bang et la disparition de l'antimatière primordiale impliquent la violation de certaines lois de conservation, violations non observées avec les accélérateurs de particules dans l'infiniment-petit.
Où est donc passée l'antimatière est une des inconnues non élucidées.?
    Et évidement on va se poser la question : qu’y avait il avant le big-bang ? Nul ne le sait actuellement.

    J’essaierai peut être de faire un jour quelques articles sur les particules et le début du big bang, mais il faut que je réfléchisse car c’est très difficile à expliquer simplement et il y a beaucoup de notions à aborder pour pouvoir comprendre ensuite les phénomènes.
    Vous m’avez demandé aussi des explications sur la courbure de l’univers. Cela résulte de l’interprétation d’équations mathématiques et je ne sais pas trop comment expliquer cela de façon intuitive. Je vais y réfléchir aussi.



    Pour terminer vous me demandez quelle est l’origine de la vie sur terre.
    La vie apparut il y a environ 4 milliards d’années dans l'eau, portée par des molécules organiques présentes dans l'atmosphère terrestre, des sources hydrothermales sous-marines, ou de l'espace. Certaines de ces molécules organiques devinrent capables de s'auto-reproduire et d'évoluer.
    Deux voies sont explorées pour comprendre comment la matière devint vivante: la reconstitution d'une vie artificielle en tube à essais et la recherche de traces fossiles dans les sédiments anciens.
    Les savants ont cherché à reconstituer une cellule mais la formation spontanée des ARN - ADN dans des conditions simples n'a pu être reproduite en laboratoire. Quant aux fossiles, les plus vieux sédiments collectés au Groenland n'ont gardé aucune trace de cette chimie prébiotique.
    Il serait intéressant de trouver un second exemple de vie sur un autre corps céleste abritant l'eau à l'état liquide. Cette condition existait sur Mars il y a 4 milliards d'années et existe peut-être encore aujourd'hui sous la calotte glaciaire d'Europe.
    La chimie organique du milieu interstellaire et la découverte de plus de 150 exoplanètes  encouragent à rechercher la vie au-delà du Système Solaire.
   
  Il reste beaucoup de choses à étudier et à comprendre en astrophysique !
Par coldtroll le Mercredi 27 avril 2011 à 10:07
autant, j'ai un peu de mal pour le big bang (en dépit de toutes tes précieuses explication) autant pour les galaxie, il y a peut-être une correspondance toute simple : on prend un ballon de baudruche à moitié gonflé, on le tient par l'enbouchure et on le fait tourner : plus on tourne vite, plus le ballon s'applatit. j'imagine que des forces similaires s'appliquent aux galaxies et aux systèmes solaires.
et pourtant, on trouve des formations sphériques, comme le nuage dont je t'ai parlé, en limitie du système solaire... c'est compliqué, tout ça
pour le big bang, il y avait une émission des frères bogdanov qui était assez bien faite.
C'est vrai qu'on se représente trop facile le big bang comme étant à l'opposé d'un trou noir, et la théorie de l'expansion de l'univers est certainement pour beaucoup dans cette confusion, alors qu'il s'apparentrait plutôt à une sorte de "changement d'état"
Par plop-maw le Dimanche 1er mai 2011 à 23:53
hin hin l'autre fois j'ai regarde un doc sur la theorie des cordes... whouuuutcccch, j'ai tout compris malgré mes legeres connaissance et la simplification... qu'est-ce que c'est compliqué
 

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