Ce n'est un secret pour personne que l'univers est un endroit extrêmement vaste. Et étant donné le volume de cet espace, on pourrait s'attendre à ce que la quantité de matière contenue soit tout aussi impressionnante.
Mais ce qui est intéressant, c'est lorsque vous regardez cette question sur la plus petite échelle que les chiffres deviennent les plus époustouflants. Par exemple, on pense qu'entre 120 et 300 sextillions (soit 1,2 x 10²³ à 3,0 x 10²³) d'étoiles existent dans notre univers observable. Mais en regardant de plus près, à l'échelle atomique, les chiffres deviennent encore plus inconcevables.
A ce niveau, on estime qu'il y a entre 1078 à 1082 atomes dans l'univers connu et observable. En termes simples, cela équivaut à entre dix quadrillions de vigintillions et cent mille quadrillions de vigintillions d'atomes.
Et pourtant, ces chiffres ne reflètent pas exactement la quantité de matière que l'univers peut vraiment contenir. Comme déjà indiqué, cette estimation ne prend en compte que l'univers observable qui atteint 46 milliards d'années-lumière dans toutes les directions, et est basé sur l'endroit où l'expansion de l'espace a emporté les objets les plus éloignés observés.
Alors qu'un supercalculateur allemand a récemment exécuté une simulation et estimé qu'il existe environ 500 milliards de galaxies à portée d'observation, une estimation plus prudente place le nombre à environ 300 milliards. Étant donné que le nombre d'étoiles dans une galaxie peut atteindre 400 milliards, le nombre total d'étoiles peut très bien se situer autour de 1,2 × 1023 - ou un peu plus de 100 sextillions.
En moyenne, chaque étoile peut peser environ 1035 grammes. Ainsi, la masse totale serait d'environ 1058 grammes (c'est 1,0 x 1052 Tonnes métriques). Étant donné que chaque gramme de matière est connu pour avoir environ 1024 protons, ou environ le même nombre d'atomes d'hydrogène (puisqu'un atome d'hydrogène n'a qu'un seul proton), alors le nombre total d'atomes d'hydrogène serait à peu près 1086 - alias. cent mille quadrillions de vigintillions.
Au sein de cet univers observable, cette matière est répartie de manière homogène dans l'espace, au moins lorsqu'elle est calculée en moyenne sur des distances supérieures à 300 millions d'années-lumière. À plus petite échelle, cependant, on observe que la matière se forme en amas de matière lumineuse organisée hiérarchiquement que nous connaissons tous.
En bref, la plupart des atomes sont condensés en étoiles, la plupart des étoiles sont condensées en galaxies, la plupart des galaxies en amas, la plupart des amas en superamas et, enfin, dans les structures à plus grande échelle comme la Grande Muraille des galaxies (aka. La Grande Muraille de Sloan) . À plus petite échelle, ces amas sont imprégnés de nuages de particules de poussière, de nuages de gaz, d'astéroïdes et d'autres petits amas de matière stellaire.
La matière observable de l'Univers se propage également de manière isotrope; ce qui signifie qu'aucune direction d'observation ne semble différente d'une autre et que chaque région du ciel a à peu près le même contenu. L'Univers est également baigné dans une vague de rayonnement micro-ondes hautement isotrope qui correspond à un équilibre thermique d'environ 2,725 degrés kelvin (juste au-dessus du zéro absolu).
L'hypothèse que l'univers à grande échelle est homogène et isotrope est connue comme le principe cosmologique. Cela indique que les lois physiques agissent uniformément dans tout l'univers et ne devraient donc pas produire d'irrégularités observables dans la structure à grande échelle. Cette théorie a été étayée par des observations astronomiques qui ont contribué à tracer l'évolution de la structure de l'univers depuis sa création initiale par le Big Bang.
Le consensus actuel parmi les scientifiques est que la grande majorité de la matière a été créée lors de cet événement et que l'expansion de l'Univers n'a depuis lors pas ajouté de nouvelle matière à l'équation. On pense plutôt que ce qui s'est produit au cours des 13,7 milliards d'années passées n'a été qu'une expansion ou une dispersion des masses initialement créées. Autrement dit, aucune quantité de matière qui n'était pas là au début n'a été ajoutée au cours de cette expansion.
Cependant, l'équivalence de la masse et de l'énergie d'Einstein présente une légère complication à cette théorie. C'est une conséquence découlant de la relativité restreinte, dans laquelle l'ajout d'énergie à un objet augmente progressivement sa masse. Entre toutes les fusions et fissions, les atomes sont régulièrement convertis des particules en énergies et inversement.
Néanmoins, observée à grande échelle, la densité globale de matière de l'univers reste la même dans le temps. On estime que la densité actuelle de l'univers observable est très faible - environ 9,9 × 10-30 grammes par centimètre cube. Cette énergie de masse semble consister en 68,3% d'énergie noire, 26,8% de matière noire et seulement 4,9% de matière ordinaire (lumineuse). Ainsi, la densité des atomes est de l'ordre d'un seul atome d'hydrogène pour quatre mètres cubes de volume.
Les propriétés de l'énergie noire et de la matière noire sont largement inconnues et pourraient être uniformément réparties ou organisées en touffes comme la matière normale. Cependant, on pense que la matière noire gravite comme la matière ordinaire, et travaille donc à ralentir l'expansion de l'Univers. En revanche, l'énergie sombre accélère son expansion.
Encore une fois, ce nombre n'est qu'une estimation approximative. Lorsqu'il est utilisé pour estimer la masse totale de l'Univers, il est souvent inférieur à ce que prédisent les autres estimations. Et à la fin, ce que nous voyons n'est qu'une petite fraction de l'ensemble.
Nous avons de nombreux articles liés à la quantité de matière dans l'univers ici dans Space Magazine, comme Combien de galaxies dans l'univers et Combien d'étoiles sont dans la Voie lactée?
La NASA a également les articles suivants sur l'univers, comme Combien de galaxies y a-t-il? et cet article sur les étoiles dans notre galaxie.
Nous avons également des épisodes de podcast d'Astronomy Cast sur le thème des galaxies et des étoiles variables.
