Pourquoi le ciel est-il noir la nuit ? La question n'a rien d'évident : elle est au cœur d'un paradoxe, nommé « Paradoxe d'Olbers ». Si les étoiles sont en nombre infini, le ciel devrait être aussi lumineux la nuit que le jour. Pourquoi n'est-ce pas le cas ?

Pourquoi la nuit n’est-elle pas aussi lumineuse que le jour ? Si les étoiles existent en nombre infini, on pourrait s’attendre à ce que le ciel soit aussi lumineux la nuit qu’en journée. Ce problème est au cœur du paradoxe d’Olbers, ou paradoxe de la nuit noire. Dans une vidéo publiée sur Tik Tok, l’astrophysicienne australienne Kirsten Banks revient sur ce paradoxe intrigant et cette question pertinente.

« [Le paradoxe] se présente comme ceci : si les étoiles sont uniformément réparties dans un Univers infini, alors le ciel devrait être aussi brillant de nuit que de jour car, même si les étoiles lointaines sont plus pâles, il y en aurait davantage pour combler chaque écart dans le ciel », résume la scientifique au sujet du paradoxe. Il doit son nom à l’astronome allemand Heinrich Olbers, qui l’a formulé en 1826 (mais la question existait déjà avant).

@astrokirsten

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♬ original sound – Kirsten Banks

L’expansion de l’Univers

Pourquoi n’est-ce pas le cas ? Pour le comprendre, il faut convoquer la relativité générale d’Einstein et notamment se rappeler que l’Univers est en expansion.« L’âge de l’Univers est fini et la lumière de ces étoiles est atténuée par l’expansion de l’Univers », détaille Kirsten Banks. Ce phénomène a d’ailleurs été expliqué pour la première fois de façon plausible dans un poème en prose du dramaturge américain Edgar Allan Poe dès 1848, Eureka, mentionne l’astrophysicienne.

On pourrait s’attendre à ce que le ciel nocturne soit aussi lumineux que le ciel diurne si l’on supposait que l’Univers est éternel et immuable : c’est ce que fait la théorie de l’état stationnaire. Comme l’explique la Nasa, dans cette théorie l’Univers serait uniforme, ne serait pas en expansion et aurait des proportions infinies. Dans cet Univers infiniment grand et vieux, tout le ciel devrait apparaître très lumineux. En observant le ciel, nous verrions n’importe quelle étoile dans n’importe quelle direction, même si cette étoile était éloignée. On sait aujourd’hui que cette théorie de l’état stationnaire rend mal compte de l’expansion cosmique, bien établie.

Le paradoxe d’Olbers illustré. Les étoiles sont ici progressivement additionnées. // Source : Wikimedia/CC/Kmarinas86

Le phénomène principal qui répond au paradoxe d’Olbers est donc l’âge fini de l’Univers. Le fait que la nuit soit noire est justement un élément révélateur du fait que l’Univers n’est pas statique, mais dynamique, et qu’il n’est pas infini, mais fini. Il contient un nombre fini d’étoiles.

Un autre phénomène aide aussi à la résolution du paradoxe, y compris dans le cas d’un Univers qui serait à la fois stationnaire et en expansion : le décalage vers le rouge qui affaiblit la lumière des étoiles. À cause de l’expansion de l’Univers, la lumière que l’on perçoit d’une galaxie lointaine apparaît plus rouge (on parle de décalage spectral, un phénomène d’ailleurs fort utile pour mesurer les distances des galaxies).

Crédit photo de la une : Pxhere/CC0 Domaine public (photo recadrée)

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