L'obscurité du ciel : le paradoxe d'Olbers

1988/04/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

À cette occasion, le problème que nous allons analyser ne semble pas (après la première lecture) aussi profond que cela arrive plus tard. Comme nous le verrons, pour parvenir à la résolution, nous devons mentionner le big-bang de l'Univers. Voyons en quoi consiste le problème.

Quand nous parlons de l'obscurité du ciel, nous ne voulons pas seulement parler de l'obscurité de la nuit. Nous allons beaucoup plus loin. L'argument a été soulevée pour la première fois par Kepler pour prouver que l'Univers ne pouvait pas être infini et homogène. Si, selon les astronomes germains, l'Univers était infini et homogène, de n'importe où, nous trouverions une étoile. Comme les étoiles les plus communes sont semblables au soleil, nous recevrions un rayonnement similaire à celui que nous recevons du soleil à tous les points du ciel. Cela signifierait la disparition de la nuit, avec la lumière de toute la journée pour toujours.

Nous pouvons mettre un objet à ce qui a été dit en rappelant que l'intensité de la lumière reçue (I) est proportionnelle au carré de la distance au foyer (I) 1/r 2 ). Cependant, l'augmentation du nombre d'étoiles que représente la distance provoque un effet opposé, sans que la luminosité ne diminue. Pensons que l'Univers est divisé en fines couches sphériques centrées sur la Terre. Les surfaces de ces sphères sont proportionnelles au carré de rayon (A = 4 r 2 ). Par conséquent, le nombre d'étoiles et donc la luminosité augmenteront de la même manière. C'est donc la raison pour laquelle la clarté que nous recevrions partout est la même. Après ces explications nécessaires du titre, nous allons à l'explication du paradoxe.

Olbers a été le premier à tenter de répondre à la question sans recourir à la finitude de l'univers. Olbers acceptait l'argument de Kepler, mais il croyait que la lumière, le gaz interstellaire et la poussière qu'il absorbait sur le chemin ne nous arrivaient pas. Cependant, le raisonnement n'est pas tout à fait correct. Selon Herschel plus tard, les gaz et les poussières se réchaufferaient bientôt et, une fois l'équilibre thermique atteint, autant de lumières seraient réémises, donnant au ciel la luminosité mentionnée ci-dessus.

Ces débats ont eu lieu dans le deuxième quart du siècle dernier. Et c'est qu'à cette époque il n'était pas facile de trouver une explication parce que le raisonnement doit tenir compte de deux choses : la vitesse finie de la lumière et l'expansion de l'Univers. Le premier a été considéré après la publication des expériences de Fizeau et Foucault dans la seconde moitié du siècle dernier, bien que Roemer mesurait la vitesse de la lumière en 1675. Cependant, l'expansion de l'univers a été découverte en 1920 et il serait certainement trop courageux de la considérer comme une hypothèse à l'époque où Olbers discutait du paradoxe. Mais voyons comment vous pouvez expliquer le problème en tenant compte de ces deux points.

L'expansion de l'univers a deux conséquences sur ce problème qui nous occupe. Comme l'univers s'étend, les galaxies et les étoiles s'éloignent les unes des autres, sauf irrégularités locales. Par conséquent, en raison de l'effet Doppler, les émissions que nous recevons présentent un glissement vers le rouge, c'est-à-dire sont moins énergétiques. Plus grande est la vitesse d'éloignement (qui augmente avec la distance), plus grande est la perte d'énergie, mais la perte ne suffit pas pour annuler le paradoxe.

Le deuxième effet est total. Compte tenu de la distribution des étoiles que l'on voit dans l'univers, pour voir le ciel illuminé tel qu'il a été décrit au début, nous aurions besoin de la lumière des étoiles qui se trouveraient sur une sphère de 10 23 ans lumière de radio. Comme on le sait, l'expansion est due à l'explosion big-bang qui a créé l'Univers. La date de l'explosion est déjà limitée : il y a 15 milliards d'années (15.10 9 ans). La conclusion à tirer est évidente: Les étoiles à plus de 10 9 années lumière n'ont pas encore eu le temps d'arriver.

Par conséquent, la lumière que nous recevons aujourd'hui, qui a pu arriver à cette époque, est celle des étoiles qui se trouvent dans une sphère de radio de 10 9 ans lumière. Le volume de cette sphère est 4/3 10 27. Mais la lumière dont nous avons besoin est celle que nous fourniraient les étoiles de la sphère avec un rayon de 10 23 années lumière. Le volume de cette seconde sphère est 4/3 10 69. Bien que la comparaison ne soit pas tout à fait correcte car il faut tenir compte d'autres facteurs, nous pouvons observer la petite proportion de lumière nécessaire lors de la comparaison de ces volumes. C'est la raison profonde de l'obscurité du ciel.