Ressources libres - Lumières sur l’Univers
Entrée du siteSommaireGlossairePage pour l'impression<-->
- Cosmologie

Structuration de l'univers

Auteurs: Sylvain Fouquet, François Hammer
Structuration de l'univers
Simulation cosmologique à haute résolution et petite échelle. Partant d'un univers quasi-homogène, des structures se forment et fusionnent entre elles ; c'est le modèle hiérarchique.
Crédit : Simulation tiré du projet Via Lactea

Les facteurs de la structuration de l'univers

Si l'univers était très homogène avant la recombinaison avec des inhomogénéités de l'ordre de 1 pour 100 000, l'univers aujourd'hui est très inhomogène mais aussi très structuré. Plusieurs facteurs ont rendu ce changement d'état possible. Le premier est évidemment le découplage lumière-matière qui a permis à la matière de s'effondrer sur elle-même sans en être empêchée par la pression du flux lumineux et ainsi d'augmenter les faibles inhomogénéités du FDC. Le second facteur est le temps. Depuis plus de 13 milliards d'années l'univers évolue et devient de plus en plus inhomogène et structuré. Le troisième facteur est la possible présence d'une grande quantité de matière noire qui aurait accéléré la formation des structures. En effet, la matière noire a pu se condenser sans entrave avant la recombinaison car elle n'était pas sujette à la pression lumineuse. Cela aurait permis la création de puits de potentiel gravitationnel qui auraient pu après la recombinaison être des catalyseurs pour condenser la matière baryonique.

L'expansion de l'univers ne crée pas d'inhomogénéité mais entrave plutôt la formation des structures de l'univers. Un univers connaissant une expansion trop rapide n'aurait pas permis l'effondrement de grandes quantités de gaz sur lui-même et la création de grandes structures cosmiques telles que les galaxies. A l'inverse, une expansion moins rapide permet une plus grande interaction entre la matière et donc la création de structures plus massives.

La masse de Jeans

Un concept utile pour résumer et quantifier ce qui vient d'être présenté est la masse de Jeans. Pour une distribution de masse quelconque connaissant une force de pression p (la pression cinétique due aux chocs des particules qui est donnée par la température), une température T et une densité \rho, la masse de Jeans se définit comme suit :

M_J = \frac{p^{3/2}}{G^{3/2}\rho^2}

La température n'apparaît pas car elle se déduit de la pression et de la densité par une équation d'état. Une sphère englobant une masse supérieure à la masse de Jeans peut s'effondrer sur elle-même sinon elle n'en est pas capable par manque d'énergie gravitationnelle comparée à l'énergie cinétique. Plus la pression entre les particules dans la sphère de matière est forte plus la masse totale contenue dans la sphère doit être grande, et à l'inverse plus la densité est élevée plus la masse peut être petite. Ce concept ne dépend pas de la nature de la masse, il s'applique aussi bien à l'univers tout entier qu'à un nuage de gaz qui s'effondre pour former des étoiles.

Page précédentePage suivante