Preuves que les galaxies s'éloignent : décalage vers le rouge, loi de Hubble et CMB
Pourquoi nous savons que l'univers est en expansion
La conclusion selon laquelle les galaxies s'éloignent de nous — et les unes des autres — repose sur plusieurs lignes de preuves observationnelles indépendantes, collectivement connues sous le nom d'expansion de Hubble.
1. Décalage vers le rouge cosmologique
La lumière des galaxies lointaines est systématiquement décalée vers des longueurs d'onde plus grandes (plus rouges). Ce décalage vers le rouge (z) n'est pas un simple effet Doppler dû au mouvement dans l'espace, mais plutôt un étirement des ondes lumineuses par l'expansion de l'espace lui-même. Plus la galaxie est lointaine, plus le décalage est grand.
2. Loi de Hubble (1929)
Edwin Hubble a découvert une relation linéaire : v = H₀ × d, où v est la vitesse de récession (déduite du décalage vers le rouge), d est la distance, et H₀ est la constante de Hubble (~70 km/s/Mpc). Cette proportionnalité s'applique à des millions de galaxies.
3. Structure à grande échelle et expansion
Les relevés de galaxies (SDSS, 2dF, DESI) cartographient la distribution 3D des galaxies. Les amas et vides observés correspondent aux prédictions d'un univers en expansion ensemencé par des fluctuations quantiques. L'expansion est homogène et isotrope — pas de centre, pas de bord.
4. Fond diffus cosmologique (CMB)
Le CMB est un rayonnement thermique de l'époque de recombinaison (~380 000 ans après le Big Bang). Son spectre de corps noir quasi parfait (T = 2,725 K) et ses minuscules anisotropies (ΔT/T ~ 10⁻⁵) correspondent précisément aux prédictions du modèle ΛCDM uniquement si l'univers a été en expansion. L'échelle angulaire des pics acoustiques donne la géométrie et l'histoire de l'expansion.
5. Piliers de soutien
- Nucléosynthèse primordiale : Les abondances observées des éléments légers (H, He, Li) exigent un univers primordial chaud, dense et en expansion.
- Dilatation du temps dans les supernovae : Les courbes de lumière des supernovae de type Ia lointaines sont étirées par (1+z), exactement comme le prédit l'expansion.
- Oscillations acoustiques baryoniques : Une règle standard imprimée dans l'amas des galaxies confirme l'histoire de l'expansion.
Ensemble, ces éléments forment un cadre cohérent et croisé : l'univers est en expansion, entraînant les galaxies avec lui.