Âge de l'Univers

Chronologie de l'Univers

voir • discuter • modifier

-13 —

–

-12 —

–

-11 —

–

-10 —

–

-9 —

–

-8 —

–

-7 —

–

-6 —

–

-5 —

–

-4 —

–

-3 —

–

-2 —

–

-1 —

–

0 —

Expansion de l'Univers

Première lumière

Accélération cosmique

Système solaire

Apparition de l'eau

Vie unicellulaire

Dioxygène terrestre
Photosynthèse

Vie multicellulaire

Vie terrestre

Gravité

Énergie noire

Matière noire

←

Big Bang (-13,8)

←

1^re galaxie

←

1^er quasar

←

Formation d'Omega Centauri

←

Formation d'Andromède

←

Voie lactée,
formation des bras spiraux

←

Formation de NGC 188

←

Formation d'Alpha Centauri

←

Début de la Terre
(-4,54)

←

Début de la vie

←

Oxygène atmosphérique

←

Début de la Sexualité

←

Explosion
cambrienne

←

1^ers Hominidae

V
i
e

P
r
i
m
o
r
d
i
a
l

Échelle verticale : milliards d'années
Voir aussi : la frise de l'évolution du vivant

L’âge de l'Univers représente la durée écoulée depuis le Big Bang, c'est-à-dire la phase dense et chaude de l'histoire de l'univers. Ce terme ne préjuge pas que l'univers soit d'un âge fini, son état antérieur au Big Bang (s'il existe) étant au XXI^e siècle impossible à théoriser car la physique moderne n'a pas de modèle pour décrire le comportement de la matière à si haute température et dans une gravité aussi intense qu'au moment du Big Bang.

L'âge de l'Univers peut s'évaluer par plusieurs méthodes plus ou moins directes, qui convergent vers une valeur de l'ordre de 14 milliards d'années. L'estimation aujourd'hui la plus précise est déduite des données du télescope spatial Planck ; en les combinant avec d'autres (celles du WMAP par exemple), on obtient un âge d'environ 13,8 milliards d'années.

État des recherches et évaluations actuelles

Univers de Sitter (1917)^[1], Modèle ΛCDM (CDM - Peebles 1982, Blumenthal et al. 1984, Davis^[2], Efstathiou, Frenk, White 1985^[2]), univers vide (après^[3] Edward Milne^[4] 1933, 1940^[3]), le modèle d'Einstein et de Sitter (1917)^[5], fermé i.e. Statique univers d'Einstein^[6].

En 2018, on estimait l'âge de l'univers à 13,787 ± 0,020 milliards d'années^[7],[8],[9].

En 2020, une étude de l'Université de Cornell, publiée dans Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (en)^[10], fournit une nouvelle estimation de 13,77 ± 0,040 milliards d'années^[11].

Définition et ordre de grandeur

L'âge de l'Univers est exprimé en temps cosmologique^[12]. La relativité restreinte indique que la mesure d'une durée dépend de la trajectoire suivie par la personne mesurant cette durée. Pour préciser ce que l'on entend par âge de l'Univers, il faut donc préciser le type de mesure utilisé. L'Univers est un milieu relativement homogène et isotrope. Cela signifie qu'en un point donné, il est toujours possible d'avoir une trajectoire pour laquelle l'Univers apparaisse (à grande échelle) identique dans toutes les directions. Avec une relativement bonne approximation, une galaxie peut être considérée comme suivant une telle trajectoire. L'âge de l'Univers est donc la quantité qui aurait été mesurée par une horloge dont le mouvement suit celui d'une galaxie ou de la matière qui a contribué à sa formation.

Un ordre de grandeur de l'âge de l'Univers peut se déduire à partir de la mesure de son expansion. On observe en effet que les galaxies lointaines semblent animées d'un mouvement de récession par rapport à notre galaxie (la Voie lactée), et ce avec une vitesse d'autant plus grande que leur distance est importante. La spectroscopie permet de mesurer par effet Doppler la vitesse d'éloignement des galaxies. Par diverses méthodes, il est également possible de mesurer leur distance. L'observation révèle que la vitesse d'éloignement des galaxies est proportionnelle à leur distance en première approximation. La constante de proportionnalité ainsi trouvée est appelée constante de Hubble, traditionnellement notée H ou H₀. Celle-ci est estimée par diverses méthodes qui donnent la valeur approchée de 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹ à 1 % près (mesures^[13] du 26 janvier 2010), revue à 67,9 km s⁻¹ Mpc⁻¹ (mars 2013), puis à 67,4 ± 0,5 km s⁻¹ Mpc⁻¹ (juillet 2018^[14]). Si l'on considère que la vitesse de récession des galaxies est constante au cours du temps, alors il est possible d'estimer quand la matière qui a formé une galaxie donnée était dans notre voisinage immédiat.
Cette durée t peut se calculer et vaut :

${\displaystyle t={\frac {1}{H_{0}}}}$.

Avec les valeurs numériques données ci-dessus, on obtient :

${\displaystyle t\sim 13,819\ ou\sim 14,400\ ou\sim 14,507\times 10^{9}\;{\rm {ans}}}$ ± 0,107 10⁹ ans.

En réalité, la vitesse de récession des galaxies n'est pas constante au cours du temps. En particulier, elle était par le passé bien plus importante qu'aujourd'hui et a diminué pendant plusieurs milliards d'années. Par la suite s'est produit le phénomène de l'accélération de l'expansion de l'Univers, qui a vu la vitesse de récession des galaxies se mettre à augmenter. Les calculs précis, utilisant les équations de Friedmann et le modèle standard de la cosmologie, indiquent que ces deux effets se compensent à peu près, et que l'âge réel de l'Univers est très proche de la valeur de 14 milliards d'années donnée ci-dessus.

Références

1. Michel Paty - La Physique du XX^e siècle, p.207, EDP Sciences, (ISBN 2759802094 et 9782759802098).
2. (en) SDM White - The Structure of Galaxy Clusters - p. 18, en, Clusters and Superclusters of Galaxies, Springer Science & Business Media 6 décembre 2012, (ISBN 9401124825 et 9789401124829) (consulté le 5 mars 2020)
   • (en) Joel Primack - Historical Introduction to ΛCDM Cosmology[PDF], Université de Californie à Santa Cruz (consulté le 5 mars 2020).
3. (en) Alasdair Macleod - An Interpretation of Milne Cosmology[PDF], University of the Highlands and Islands (en ligne, Microsoft) (consulté le 5 mars 2020).
4. (en) Lecture 7 Dynamics of the Universe Solutions to the Friedmann Equation for R(t) [PDF] - p. 5, Université de St Andrews (consulté le 5 mars 2020).
5. (en) Giulio Peruzzi et Matteo Realdi, « Einstein, de Sitter and the beginning of relativistic cosmology in 1917 », General Relativity and Gravitation, vol. 41,‎ 20 juillet 2008, p. 225–247 (lire en ligne, consulté le 5 mars 2020).
6. Michel Paty - La Physique du XX^e siècle, p. 207, EDP Sciences, (ISBN 2759802094 et 9782759802098), de, Oliver F. Piattella Lecture Notes in Cosmology[PDF], Nucleo Cosmo-UFES and Physics Department, Federal University of Es´ırito Santo Vitoria, ES, Brazil, p. 32 (original) p. 43 (copie), Université Cornell (consulté le 5 mars 2020).
7. (en) Planck Collaboration, « Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters (See PDF, page 15, Table 2, Age/Gyr, last column). », 2018..
8. (en) Planck Collaboration, « Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results », 2013..
9. (en) C.L. Bennett et al., « Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results », 2013..
10. (en) Steve K. Choi et al., « The Atacama Cosmology Telescope: a measurement of the Cosmic Microwave Background power spectra at 98 and 150 GHz », sur IOPscience, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (en), 30 décembre 2020 (consulté le 22 janvier 2021).
11. Nathalie Mayer, « Quel est l'âge de l’Univers ? », sur Futura-Science, 11 janvier 2021 (consulté le 22 janvier 2021).
12. Taillet, Villain et Febvre 2018, s.v. âge de l'Univers, p. 16, col. 1.
13. Publiées par la NASA, Dans la lueur primordiale de l'Univers, traduction de Didier Jamet.
14. (en) « Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters », 18 juillet 2018 (consulté le 4 octobre 2018).

Bibliographie

• [Taillet, Villain et Febvre (2018)] Richard Taillet, Loïc Villain et Pascal Febvre, Dictionnaire de physique : + de 6 500 termes, nombreuses références historiques, des milliers de références bibliographiques, Louvain-la-Neuve, De Boeck Supérieur, hors coll., janvier 2018, 4^e éd. (1^re éd. mai 2008), 1 vol., X-956, ill., 17 × 24 cm (ISBN 978-2-8073-0744-5, EAN 9782807307445, OCLC 1022951339, SUDOC 224228161, présentation en ligne, lire en ligne), s.v.âge de l'Univers, p. 16, col. 1.
• deSitterRefs Université d'État de Sonoma.
• (en) Dynamics of the Expansion Presses universitaires de Cambridge Index of Level 5 Peacock (consulté le 5 mars 2020).
• (en) A. Benoit-Lévy et G. Chardin (11 janvier 2012) - Introducing the Dirac-Milne universe, A&A Volume 537, 2012, Article Number A78 (consulté le 5 mars 2020).
• (en) Charles V. R. Board et John D. Barrow (15 avril, 2019) - Cosmological Models in Energy-Momentum-Squared Gravity[PDF], p. 15, « ..de Sitter solutions arise in EMSG theory. They have constant density and Hubble parameter, which includes the case w = −1. In ΛCDM we expect this to arise in two situations.The first is when we have ρ ≡ 0, that is an empty universe whose expansion is controlled solely by Λ.. », DAMTP (ceb), Centre for Mathematical Sciences (en), University of Cambridge (consulté le 5 mars 2020).
• (en) H.‐J. Schmidt (1990) - The massive scalar field in a closed Friedmann universe model — new rigorous results, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA « ..class of closed Friedmann universe models.. »
• (en) Peter Coles, George Francis Rayner Ellis (1997) - [Is the Universe Open Or Closed?: The Density of Matter in the Universe] p. 1, Cambridge University Press 10 avril 1997, (ISBN 0521566894 et 9780521566896) « ..the density of matter in the universe determines the geometry of space.. » (consulté le 5 mars 2020).
• (en) Przemysław Małkiewicz, Patrick Peter, et S. D. P. Vitenti (11 février 2020) - Quantum empty Bianchi I spacetime with internal time, Physics Review D 101, 046012 – 2020 (consulté le 5 mars 2020).
• (en) Bianchi cosmology, en, A Dictionary of Astronomy, Oxford Reference « ..Bianchi models, after the Italian mathematician Luigi Bianchi (1856–1928).. » (consulté le 5 mars 2020).

Annexes

Articles connexes

• Équations de Friedmann
• HD 140283

Liens externes

• « Méthodes de datation de l'âge de l'Univers »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}, Université Montpellier-II, Henri Reboul