Les 6 NOMBRES qui GOUVERNENT L'UNIVERS ! Documentaire
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00:00Citoyennes, citoyens, bonjour et bienvenue dans ce nouveau Dossier de l'Espace.
00:08L'étude exhaustive de l'univers semble être une tâche impossible.
00:12Comment comprendre et caractériser les milliards d'étoiles que comporte la Voie Lactée,
00:17les milliards de galaxies qui lui sont similaires, et tous les objets inquantifiables qu'on
00:22arrive à peine observer ? Les planètes, les astéroïdes, les trous noirs et autres
00:26corps dont l'existence est à peine prouvée.
00:28Cataloguer les étoiles de la Voie Lactée semble déjà impossible.
00:36Gaïa, la mission européenne qui s'est le plus rapprochée de cet objectif, a réalisé
00:41un catalogue d'un milliard huit cent millions d'étoiles, et on estime que cela représente
00:46un peu moins de 1% du total des étoiles de notre galaxie.
00:49Il faut se rendre à l'évidence, l'univers restera à jamais trop immense, trop impénétrable,
00:55trop vertigineux pour être cartographié et classé, comme on a pu cartographier la
01:00Terre ou même les autres planètes du système solaire.
01:02Il existe cependant un autre moyen de connaître l'univers.
01:10Il faut pour cela ne plus le considérer comme la collection des objets qu'il contient,
01:15mais comme un objet à part entière, avec ses grandeurs et ses propriétés intrinsèques.
01:20L'univers dans son ensemble peut alors être décrit assez simplement avec six paramètres
01:26qui définissent ses propriétés à grande échelle, et déterminent son histoire et
01:30son destin.
01:31Ces six paramètres primordiaux sont au cœur de ce qu'on appelle le modèle standard
01:36de la cosmologie.
01:37A eux seuls, ils permettent de comprendre pourquoi l'univers ressemble à ce qu'on
01:42observe.
01:43Changer de quelques pourcents n'importe lesquels de ces paramètres donnerait naissance
01:46à des univers complètement différents, où la vie ou même l'existence de la matière
01:51serait potentiellement impossible.
01:53Paradoxalement, on cherche encore à bien mesurer tous ces paramètres.
01:57Et voilà quelques semaines, une équipe a démontré que c'est peut-être grâce à
02:00l'intelligence artificielle que de nouveaux progrès seront possibles.
02:16Six paramètres, si vous vous intéressez un peu à l'espace et à la cosmologie,
02:28vous devez déjà connaître les trois premiers.
02:30Ils servent à décrire ce que contient l'univers.
02:33Il ne s'agit pas de compter les planètes ou les trous noirs, on a vu que c'est impossible,
02:38mais plutôt de comprendre en quelle proportion est constitué le cosmos.
02:41Le premier paramètre décrit ainsi la proportion de matière baryonique dans l'univers.
02:47On prend tout ce qu'on a évoqué plus haut, les planètes, les étoiles, les galaxies,
02:51jusqu'aux moindres grains de poussière, et on regroupe tout ça en une seule catégorie.
02:54C'est ce qu'on appellerait matière tout court, les astrophysiciens eux l'appellent
02:58la matière baryonique.
03:00On estime qu'elle constitue environ 5% du contenu total de l'univers.
03:05L'adjectif baryonique sert ici à faire une distinction avec l'autre type de matière
03:09qui constitue le deuxième paramètre cosmologique, il s'agit de la matière noire.
03:14Si vous vous demandez ce que c'est, eh bien on ne sait pas trop.
03:17On l'a appelée matière puisque c'est quelque chose de massif qui interagit avec
03:21la gravitation.
03:22Au-delà de ça, impossible d'avoir des certitudes.
03:25Personne n'a jamais vu de matière noire, d'où son nom, et les théories sur sa nature
03:30sont aussi nombreuses que diverses.
03:32On en a couvert un bon paquet sur la chaîne.
03:34Eh bien cette chose qu'on est incapable de décrire, on sait dire qu'elle représente
03:38environ 26% du contenu de l'univers.
03:48Le troisième paramètre cosmologique est tout aussi mystérieux, il s'agit de l'énergie
03:53noire.
03:54Là aussi, on ne sait pas vraiment ce que c'est, on a plein de théories sur sa nature,
03:58on sait seulement que c'est l'influence qui permet l'accélération de l'expansion
04:02de l'univers.
04:03On a déterminé qu'elle représente environ 69% du contenu de l'univers.
04:08Avec nos trois premiers paramètres, on a ainsi décrit le contenu de l'univers à
04:19grande échelle.
04:2069% d'énergie noire, 26% de matière noire et 5% de matière classique.
04:25On se rend ainsi compte que toutes nos étoiles et galaxies réunies ne représentent qu'une
04:29petite fraction de la densité totale du cosmos.
04:32Les trois autres paramètres sont un petit peu plus complexes à comprendre, mais sont
04:36nécessaires pour finaliser notre modèle le plus élémentaire de l'univers.
04:40Le quatrième paramètre est la profondeur optique à l'époque de la rayonisation.
04:50Après le Big Bang, une fois le gros du vacarme passé, la lumière s'est mise à circuler
04:56librement dans un milieu constitué principalement d'hydrogène et d'hélium.
05:00C'est de cette époque que nous provient le fond diffus cosmologique, le fossile de
05:04la toute première lumière de l'univers.
05:07Quelques centaines de millions d'années plus tard, les premières étoiles et galaxies
05:10se sont formées.
05:11Il semble que cet événement ait rayonisé l'univers, c'est-à-dire qu'une partie
05:15des atomes d'hydrogène ont été cassés par cet apport soudain d'énergie pour circuler
05:20sous forme de ion, des électrons et des noyaux atomiques.
05:23Cet événement est visible car il trouble le fond diffus cosmologique, comme une sorte
05:27de brouillard léger qui affecte la profondeur optique.
05:30On estime que 5 à 7% des photons du fond diffus cosmologique ont été affectés de
05:35la sorte.
05:42Les deux derniers paramètres servent à décrire la manière dont l'univers primordial a
05:46été affecté par de minuscules irrégularités, de légères surdensités ou soudensités
05:51qui se sont propagées jusqu'à l'époque moderne, pour devenir des superamas de galaxies
05:56ou des volumes quasiment vifs.
05:58Cette géographie de l'univers était déjà présente à l'époque du Big Bang, à cause
06:02de minuscules fluctuations quantiques.
06:04Les deux derniers paramètres, l'amplitude du spectre primordial et l'indice spectral
06:09des perturbations primordiales, servent à décrire ce phénomène.
06:19Une fois qu'on a ces six paramètres, l'univers peut livrer de nombreux secrets.
06:23On peut par exemple calculer son âge, 13,8 milliards d'années, ou la constante de
06:28Hubble, le taux d'expansion de l'univers.
06:30Et c'est ce qui rend ce modèle extraordinaire, c'est que malgré sa simplicité relative,
06:35tout fonctionne.
06:36L'âge calculé de l'univers correspond à ce qu'on observe dans le cosmos, on
06:39ne trouve pas d'étoiles qui semblent être plus vieilles que 13,8 milliards d'années.
06:43Il est d'ailleurs possible de renverser le calcul et d'intégrer l'âge de l'univers
06:48dans les six paramètres de base.
06:49On obtient alors une densité d'énergie noire similaire à celle qu'on détermine
06:53par d'autres moyens.
06:54Toutes ces grandeurs s'imbriquent très bien pour former une histoire cohérente.
07:08Il a fallu de nombreuses décennies d'observations et de théories pour arriver à cette stabilité.
07:12Pendant longtemps, il est resté difficile de faire coller toutes les observations astronomiques
07:16entre elles.
07:17La découverte de l'énergie noire, à la fin des années 90, semble avoir apporté
07:21une pièce maîtresse du puzzle qui aide à expliquer toutes les autres.
07:24Le modèle lambda-CDM, comme on l'appelle couramment, est depuis constamment raffiné.
07:29L'observatoire européen Planck a par exemple permis de préciser un peu mieux les trois
07:34premiers paramètres.
07:35Grâce à ces observations menées entre 2009 et 2013, on les a fait légèrement évoluer
07:40pour donner plus de poids à la matière noire, aux dépenses de la matière baryonique et
07:44de l'énergie noire.
07:46Chaque année semble apporter de nouvelles précisions et de nouvelles confirmations
07:49de la robustesse de ce modèle, à une ou deux exceptions près.
07:58Reprenons la constante de Hubble.
07:59Si on la calcule à partir de nos paramètres de base, on obtient pour cette valeur 67
08:04km par seconde par mégaparsec.
08:06Et c'est là que les choses se compliquent.
08:08La constante de Hubble peut également être calculée à partir de mesures astronomiques,
08:13en observant des chandelles standards.
08:15Des supernovas ou des étoiles céphéides, réparties partout autour de nous, dans l'univers
08:19récent.
08:20Et quand on fait cet exercice, on obtient une valeur significativement différente,
08:25autour de 74 km par seconde par mégaparsec.
08:28Cela fait maintenant quelques années qu'il est impossible d'accorder ces deux valeurs,
08:33un problème qui a adopté le nom de tension de Hubble.
08:36On a réalisé une vidéo sur le sujet si ça vous intéresse, le lien apparaîtra en
08:41haut à droite de la vidéo.
08:45La tension de Hubble est un bel exemple qui nous montre que tout n'est pas encore rose
08:54au pays du modèle standard de la cosmologie.
08:56Malgré son efficacité redoutable, il y a encore des points d'accroche, des valeurs
09:00qu'on a du mal à faire coller aux observations.
09:02Dans le cas de la constante de Hubble, la différence entre valeur calculée et valeur
09:06observée n'est que de 10%.
09:08Mais ce sont 10% qui refusent de se réduire, malgré des observations et des modèles toujours
09:12plus précis.
09:13Comme je vous le disais en introduction, la solution à ce problème pourrait venir
09:17de l'intelligence artificielle.
09:19Cet été, un groupe de chercheurs a mené des simulations sur 2000 univers fictifs exploitant
09:24des paramètres légèrement différents.
09:25Un tel univers ayant un peu moins d'énergie noire, le suivant avec une profondeur optique
09:30plus grande, etc.
09:31Les simulations ont produit des cartes de galaxies fictives qui ont été compressées
09:36et qui ont servi à entraîner une IA.
09:38Le but de l'opération étant que le modèle prédise les paramètres à partir de la carte
09:43du ciel qui l'observe.
09:44Après s'être assuré que le modèle ne faisait quasiment plus d'erreurs sur des
09:48univers fictifs, où les paramètres étaient connus, les chercheurs l'ont alimenté avec
09:52des cartes réelles issues de notre univers, le vrai.
10:02109 000 galaxies cataloguées pour un relevé du ciel.
10:05Ils ont alors demandé au modèle de prédire 5 des 6 paramètres fondamentaux de l'univers.
10:10L'intelligence artificielle est tombée en accord avec les valeurs généralement admises
10:15avec une précision assez incroyable.
10:17L'échantillon qui a servi à produire ce résultat est au final assez petit.
10:21109 000 galaxies, ce n'est pas tant que ça.
10:24Les chercheurs ont l'espoir de réitérer l'exercice avec un jeu de données beaucoup
10:27plus grand, notamment pour voir si on peut arriver à faire disparaître la tension de
10:31Hubble.
10:32L'alternative serait de découvrir que le modèle standard doit être revisité légèrement
10:36ou en profondeur.
10:37Des dizaines de théories exploitant tout autant de paramètres différents cherchent
10:41à lui faire de la concurrence.
10:42Pour le moment, les bases sont solides, mais on pourrait imaginer entraîner des IA avec
10:46les prédictions de la théorie monde.
10:48Des différents modèles de matière et d'énergie noire, de gravité modifiée, etc.
10:52Il faudrait bien entendu s'accorder sur les prédictions exactes de ces théories,
10:56ce qui n'est pas une mince affaire.
10:58Mais c'est peut-être des micropuces de silicium qui nous livreront enfin les derniers
11:02secrets de l'infiniment grand.
11:07Nous voici en tout cas arrivés au bout de ce dossier de l'espace.
11:17Je vous invite à partager vos questions et vos remarques dans les commentaires, nous
11:21y répondrons dans une prochaine vidéo.
11:22Vous pouvez consulter la description pour retrouver nos sources et nos réseaux sociaux.
11:26Tant à nous on se donne rendez-vous la semaine prochaine pour un nouveau DNDE, et d'ici
11:29là, citoyennes, citoyens, portez-vous bien !