Cosmologie - Edwin Hubble (1889-1953) - Henrietta Leavitt (1828-1921) -  Fritz Zwicky (1898-1974) - George Gamow (1904-1968) - Fred Hoyle (1925-2011) - Vera Rubin (1928-2016) - Enrico Fermi (1901-1954) - Search for intelligent extraterrestrial life - Frank Drake (1930) - ...

Last update : 09/09/2017

Penser notre Univers "visible", penser notre existence en tenant compte d'un Univers sans limitation concevable, à tout le moins, réduire nos prétentions d'humain et tenter d'en intégrer a minima quelques fragments... Si l'on eut conscience dès l'Antiquité du très grand éloignement des étoiles, il a fallu attendre le milieu du XVIe siècle pour connaître l'ordre de grandeur de leurs distances. Jusqu'à la fin du Moyen Age, on imaginait toutes les étoiles accrochées à une sphère marquant la limite de l'Univers. Ce n'est qu'au XVIe siècle, après que les premières observations à la lunette eurent révélé l'existence d'étoiles invisibles à l'œil nu, que l'on comprit que la voûte céleste n'est qu'une illusion et que l'Univers stellaire s'étend en profondeur. Dans la seconde moitié du XVIIIe siècle, William Herschel, astronome britannique d'origine allemande, parvint à établir que le système solaire est inclus dans une immense agglomération stellaire, la "Galaxie", dont la "Voie lactée" (Milky Way) constitue la trace visible dans le ciel. A la suite de dénombrements d'étoiles effectués dans diverses directions, il fournit même, en 1785, la première description de la structure de la Galaxie, révélant sa forme aplatie et la position périphérique qu'y occupe le Soleil et l'ensemble des astres qui tournent autour de lui et forment le système solaire (neuf planètes principales, dont la Terre, qui tournent autour du Soleil, et des milliers de petites planètes ou astéroïdes). La Galaxie est une agglomération de plus de 100 milliards d'étoiles entre lesquelles s'intercalent de vastes nébuleuses de gaz et de poussières. Elle constitue un gigantesque système autonome dont la cohésion est assurée par la gravitation. Cet ensemble tourne sur lui-même et il ne faut pas moins de 240 millions d'années au Soleil pour en faire le tour à une vitesse voisine de 250 km/s. Le système solaire a dû ainsi, depuis sa formation, effectuer une vingtaine de révolution autour du centre galactique. Herschel ainsi que d'autres savants, comme l'Anglais Thomas Wright, et des philosophes, comme l'Allemand Emmanuel Kant, eurent l'intuition que la Galaxie ne constitue pas à elle seule l'Univers, mais que l'espace est peuplé de systèmes analogues. La preuve n'en a été apportée qu'en 1924, lorsque l'Américain Edwin Hubble, à l'observatoire du mont Wilson, mit en évidence des étoiles individuelles dans la grande "nébuleuse" d'Andromède. Ce que beaucoup d'astronomes pensaient n'être qu'un vaste nuage de gaz se révélait ainsi une gigantesque concentration d'étoiles et de matière interstellaire. Depuis, des millions de galaxies, de formes et de tailles diverses, ont été découvertes. Notre Galaxie est ainsi incluse dans une concentration d'une trentaine de galaxies, le Groupe ou l'Amas local, lui-même situé à la périphérie d'un ensemble beaucoup plus vaste, le Superamas local, qui rassemble une cinquantaine de groupes de galaxies. L'Univers est donc pensé en termes de structures hiérarchisées de plus en plus vastes. Quant aux distances astronomiques, considérables, elles sont exprimées par des unités particulières, l'année-lumière (light-year, al ou ly) représente par exemple un peu moins de 10 000 milliards de km, - l'étoile la plus proche du système solaire, Proxima du Centaure (Proxima Centauri), est à 4,22 al, soit plus de 40 milliards de km, et la Galaxie s'étend sur 100 000 al de diamètre - . Autres étalons de distance utilisés, l' "unité astronomique" (astronomical unit, au), distance moyenne de la Terre au Soleil (149,6 millions de km), dans le contexte de notre système solaire, et le "parsec" (pc) pour les astres plus lointains, équivalant à 30 000 milliards de km...

C'est à Edwin Hubble (1889-1953) que nous devons sans doute les avancées les plus décives, lorsqu'en 1923, il énonce que les nébuleuses, masses soit-disantes amorphes de lumière, sont en réalité des galaxies lointaines, distantes de plusieurs millions d'années-lumières de la Voie lactée, et des systèmes stellaires indépendants. C'est par le biais d'Henrietta Leavitt (1828-1921) qui découvre vers 1908 une relation entre la luminosité de certaines étoiles variables, les céphéides, et le rythme de leurs pulsations, qu'est rendu possible de mesurer la distance entre la Terre et les autres galaxies, et dès lors les découvertes s'enchaînent : le Soleil n'est pas au centre de notre galaxie (Harlow Shapley), les fameuses nébuleuses à spirales observées possèdent un important décalage vers le rouge (Vesto Sipher), l'effet Doppler constaté (la modification de la longueur d'onde de la lumière du fait d'une variation relative de la distance entre la source et l'observateur) montre que ces nébuleuses s'éloignent trop rapidement pour être retenues par la gravité de la Voie lactée :  Edwin Hubble  et Milton Humason utilisent un nouveau et puissant télescope, le plus grand du monde à l'époque, de l'observatoire du mont Wilson pour prouver que ses gigantesques nébuleuses sont situées bien au-delà de la Voie lactée. Désormais nous savons ainsi que l'univers est bien plus vaste que l'on pensait. Mais plus encore l'univers est plus grand mais ne cesse de grandir et le fameux taux d'expansion de l'Univers, ou constante de Hubble, est calculé en 2001...

George Gamow (1904-1968) et Ralph Alpher (1921-2007) poursuivent l'idée de cet Univers en expansion et élaborent une théorie mathématique en 1948 explicitant la formation des éléments au cours des premières phases de cette expansion, contribuant ainsi à la fameuse théorie du Big Bang : Gamow utilise la physique quantique pour décrire les conditions qui mèneraient à un univers contenant les proportions d'hydrogène et d'hélium constatées aujourd'hui et montre que, à mesure que l'Univers se dilate, la densité chute et les réactions nucléaires cessent. Ses équations permettent alors d'expliquer 99% de la matière connue dans l'univers...

Fred Hoyle (1925-2011) contestera en 1957 cette théorie d'une explosion primordiale, croit en un état stationnaire de l'Univers, mais aussi à l'ensemencement de notre planète via le vecteur d'une météorite, idée qui lui sera fort préjudiciable dans la course au prix Nobel : mais il travaillera, avec William Fowler, à tenter d'expliquer la formation des éléments au sein des étoiles, les fameux 1% non explicités par Gamow. Entre-temps, en 1964, l'astrophysicien Arno Allan Penzias (1933) et le physicien Robert Wilson (1936) mettent en évidence le fameux fond diffus cosmologique ou rayonnement fossile prévu par Gamow et qui semble étayer l'hypothèse du big bang...

Enfin, Fritz Zwicky (1898-1974) qui, avec Walter Baade, prouve l'existence des étoiles à neutrons et utilise le terme de "supernovae" pour désigner les gigantesques explosions stellaires dont elles sont issues (1934), émet l'idée, dans les années 1950, que la matière visible ne représente qu'une infime quantité de l'énergie de l'univers. Le calcul qu'il effectue de la masse globale de l'amas galactique de Coma, en s'appuyant sur la vitesse relative de chacune de ses galaxies, révèle, un résultat bien supérieur à ce que la luminosité combinée des étoiles de l'amas permettait de présager. Les régions extérieures des galaxies tournent ainsi plus vite que ne l'indique leur masse visible, et possèdent donc un supplément de masse caché expliquant leur rotation. Ce supplément de masse est la "matière noire" (dark matter) : aujourd'hui, cette matière noire représente près de 85% de la masse de l'Univers et a pu être mise en évidence par Vera Rubin (1928-2016) dans les années 1970. La force gravitationnelle de la matière noire semble maintenir notre galaxie en un seul bloc. Mais à côté de cette matière noire, composée de particules subatomiques qui n'interagissent pas avec la matière classique ou le rayonnement, si ce n'est la gravitation, et dont on peut précisément dire ce que c'est, les années 1990 voient se poser les termes d'une sorte de cinquième force fondamentale, l' "énergie sombre" (dark energy) qui représente, estime-t-on, plus de 68% de l'énergie de tout l'Univers et participe directement à l'expansion de celui-ci (Saul PerlMutter). Avec cette nouvelle notion d'énergie noire, l'espace n'est plus un volume vide et totalement passif, mais tout au contraire une entité physique active, qui crée des particules, fléchit ou dévie la lumière, génère des ondes d'attraction qui se propagent d'une masse à l'autre..

Les progrès technologiques n'ont permis que récemment de détecter l'existence de planètes gravitant autour d'étoiles autres que notre Soleil. Les premières à être découvertes orbitent autour de pulsars, des étoiles à neutrons à rotation rapide dont le signal radio varie légèrement selon que leurs planètes les attirent d'un côté ou de l'autre : la méthode dite de la vitesse radiale consiste à observer les variations des fréquences lumineuses d'une étoile selon qu'elle s'approche ou s'éloigne d'une planète en orbite. En 1992, Aleksander Wolszczan détecte la première exoplanète en orbite autour d'un pulsar. En 1995, Michel Mayor et Didier Queloz découvrent 51 Pegasi b, une planète de la taille de Jupiter en orbite autour d'une étoile de type solaire, à environ 51 années-lumière de la Terre. Entre 2009 et 2013, plus de 3000 exoplanètes potentielles sont détectées par le satellite Kepler grâce aux faibles pertes de luminosité des étoiles, et l'on estime qu'il existe 11 milliards de mondes de type terrestre en orbite autour d'étoiles de type solaire dans la Voie lactée. Geoffrey Marcy (1954) est de ceux qui a découvert le plus grand nombre de planètes. Si nous parvenons ainsi à accroître notre connaissance des mondes au-delà du système solaire, reste à savoir si ces exoplanètes peuvent accueillir la vie...

Au début des années 1950, le physicien Enrico Fermi (1901-1954) s'était demandé pourquoi nous n'avions pas encore détecte une vie extraterrestre intelligente. Le fameux paradoxe qui lui est attribué se formule ainsi : la Terre est nettement plus jeune que l'Univers (de plusieurs milliards d'années), si des civilisations technologiques extraterrestres existent ou ont existé dans la Galaxie, alors au moins une a développé et entrepris le voyage interstellaire : estimant que la colonisation de la Galaxie ne nécessite que quelques millions d'années, nous devrions en voir des traces autour de nous, or nous n'en voyons pas : l'hypothèse initiale est donc erronée, nous sommes la seule civilisation intelligente dans la Galaxie ! Compte tenu de l'âge de l'univers, même si une petite fraction des planètes était capable de communiquer, nous devrions aujourd'hui en avoir des preuves. C'est en reprenant son idée selon laquelle les signaux radio constituent les plus prometteurs des moyens de détection d'une vie intelligente que Frank Drake a compris que la capacité de communication était essentielle pour délimiter le nombre de planètes pouvant abriter une civilisation. Grâce a ses deux facteurs concernant la mise au point et l'utilisation continue de la communication interstellaire, l'équation constituait une possible réponse au paradoxe de Fermi...

Comment estimer le nombre de civilisations extraterrestre détectables dans la Voie lactée? 

En 1961, l'astrophysicien Frank Drake conçoit une équation, produit de sept facteurs, destinée à guider la recherche d'une vie extraterrestre intelligente en estimant le nombre probable de civilisations détectables dans notre galaxie. L'équation aboutissait alors à une estimation de N = 10 civilisations en mesure de communiquer dans la Voie Lactée.

où :

"N" est le nombre de civilisations extraterrestres dans la Voie lactée avec lesquelles nous pourrions entrer en contact ( N, the number of civilizations in our galaxy that we might able to communicate)

avec,