Light seconds, light years, light centuries: How to measure extreme distances - Yuan-Sen Ting

Comment mesurer les distances dans l'espace? - Yuan-Sen Ting

Traducteur: Pauline Cabidoche Relecteur: Elena Crescia

Light is the fastest thing we know.

Il n'y a pas plus rapide que la lumière.

It's so fast that we measure enormous distances

Elle est si rapide que l'on mesure d'immenses distances

by how long it takes for light to travel them.

en calculant le temps qu'elle met à les parcourir.

In one year, light travels about 6,000,000,000,000 miles,

En une année, la lumière parcourt environ 10 000 milliards de km.

a distance we call one light year.

on appelle ça une année-lumière.

To give you an idea of just how far this is,

Pour vous donner une idée de cette distance,

the Moon, which took the Apollo astronauts four days to reach,

la Lune, ralliée par les astronautes d'Apollo en 4 jours,

is only one light-second from Earth.

n'est qu'à 1 seconde-lumière de la Terre.

Meanwhile, the nearest star beyond our own Sun is Proxima Centauri,

L'étoile la plus proche de notre soleil, Proxima du Centaure,

4.24 light years away.

est à 4,24 années-lumière de nous.

Our Milky Way is on the order of 100,000 light years across.

Notre voie lactée se parcourt en 100 000 années-lumière.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

La galaxie la plus proche de la nôtre, Andromède,

is about 2.5 million light years away

est à 2 500 000 années-lumière.

Space is mind-blowingly vast.

L'espace est incroyablement vaste.

But wait, how do we know how far away stars and galaxies are?

Mais attendez, comment connaît-on les distances jusqu'aux étoiles ?

After all, when we look at the sky, we have a flat, two-dimensional view.

Au fond, quand on regarde le ciel, on a une vision plane, en deux dimensions.

If you point you finger to one star, you can't tell how far the star is,

En pointant du doigt une étoile, on ne peut pas calculer de distance.

so how do astrophysicists figure that out?

Alors, comment font les astrophysiciens ?

For objects that are very close by,

Pour les objets rapprochés,

we can use a concept called trigonometric parallax.

on peut utiliser un concept appelé parallaxe trigonométrique.

The idea is pretty simple.

L'idée est assez simple.

Let's do an experiment.

Faisons-en l'expérience.

Stick out your thumb and close your left eye.

Levez le pouce face à vous et fermez l’œil droit.

Now, open your left eye and close your right eye.

Puis ouvrez l’œil gauche et fermez le droit.

It will look like your thumb has moved,

Votre pouce semble avoir bougé,

while more distant background objects have remained in place.

alors que les objets au second plan n'ont pas changé de place.

The same concept applies when we look at the stars,

Ce même principe s'applique à l'observation des étoiles,

but distant stars are much, much farther away than the length of your arm,

mais la distance jusqu'à elles est toute autre que la longueur d'un bras,

and the Earth isn't very large,

et la Terre n'est pas bien grande,

so even if you had different telescopes across the equator,

donc même en plaçant des télescopes tout au long de l'équateur,

you'd not see much of a shift in position.

on ne verrait aucune différence de position.

Instead, we look at the change in the star's apparent location over six months,

On privilégie donc l'observation des positions stellaires sur six mois,

the halfway point of the Earth's yearlong orbit around the Sun.

soit la moitié de l'orbite annuelle de la Terre autour du Soleil.

When we measure the relative positions of the stars in summer,

Mesurer les positions relatives des étoiles en été,

and then again in winter, it's like looking with your other eye.

puis à nouveau en hiver, équivaut à regarder de l'autre œil.

Nearby stars seem to have moved against the background

Les astres proches semblent s'être déplacés sur l'arrière plan,

of the more distant stars and galaxies.

constitué des étoiles et galaxies lointaines.

But this method only works for objects no more than a few thousand light years away.

Mais ce calcul ne s'applique qu'aux objets distants de milliers d'années-lumière.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Au-delà de notre galaxie, les distances sont si grandes

that the parallax is too small to detect with even our most sensitive instruments.

que le parallaxe est trop infime pour être détecté par nos meilleurs instruments.

So at this point we have to rely on a different method

A ce stade, il faut compter sur une autre méthode

using indicators we call standard candles.

en employant des indicateurs appelés "standard candles".

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Il s'agit d'objets dont l'éclat, ou la luminosité,

we know really well.

nous sont familiers.

For example, if you know how bright your light bulb is,

Par exemple, si on connaît l'éclat d'une ampoule

and you ask your friend to hold the light bulb and walk away from you,

et que l'on demande à un ami de s'éloigner avec cette ampoule,

you know that the amount of light you receive from your friend

on sait que la lumière que l'on reçoit

will decrease by the distance squared.

diminuera avec l'éloignement.

So by comparing the amount of light you receive

Donc en comparant la lumière reçue

to the intrinsic brightness of the light bulb,

à la lumière intrinsèque de l'ampoule,

you can then tell how far away your friend is.

on peut estimer la distance à laquelle est notre ami.

In astronomy, our light bulb turns out to be a special type of star

En astronomie, l'ampoule équivaut à une sorte d'étoile précise

called a cepheid variable.

appelée Céphéide variable.

These stars are internally unstable,

Ces étoiles ont un cœur instable,

like a constantly inflating and deflating balloon.

comme un ballon qui se gonfle et se dégonfle sans arrêt.

And because the expansion and contraction causes their brightness to vary,

Et puisque ces expansions et contractions affectent leur éclat,

we can calculate their luminosity by measuring the period of this cycle,

on peut calculer leur luminosité en mesurant la durée de ce cycle,

with more luminous stars changing more slowly.

sachant que les étoiles plus lumineuses varient plus lentement.

By comparing the light we observe from these stars

En comparant la lumière que renvoient ces étoiles

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

à l'éclat intrinsèque calculé de cette façon,

we can tell how far away they are.

on peut déterminer leur distance.

Unfortunately, this is still not the end of the story.

Malheureusement, ce n'est pas si simple.

We can only observe individual stars up to about 40,000,000 light years away,

On ne peut observer les étoiles que jusqu'à 40 000 000 années-lumière,

after which they become too blurry to resolve.

car après elles sont trop floues pour ce calcul.

But luckily we have another type of standard candle:

Mais heureusement, nous avons une autre sorte de "standard candle" :

the famous type 1a supernova.

la fameuse supernova de type 1a.

Supernovae, giant stellar explosions are one of the ways that stars die.

Ces explosions stellaires géantes marquent la mort d'une étoile.

These explosions are so bright,

Leur lumière est telle

that they outshine the galaxies where they occur.

qu'elle surpasse celle des galaxies environnantes.

So even when we can't see individual stars in a galaxy,

Donc même si on ne peut pas distinguer d'étoiles dans une galaxie,

we can still see supernovae when they happen.

on peut tout de même y voir des supernovas.

And type 1a supernovae turn out to be usable as standard candles

Les supernovas de type 1a sont des "standard candles" efficaces

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

car plus elles sont brillantes, plus elles s'éteignent lentement.

Through our understanding of this relationship

Grâce à notre compréhension de ce rapport

between brightness and decline rate,

entre la luminosité et la durée du déclin,

we can use these supernovae to probe distances

nous utilisons ces supernovas pour estimer des distances

up to several billions of light years away.

jusqu'à des millions de millions d'années-lumière de nous.

But why is it important to see such distant objects anyway?

Mais à quoi cela sert-il de voir des objets aussi lointains?

Well, remember how fast light travels.

Prenons la vitesse de la lumière.

For example, the light emitted by the Sun will take eight minutes to reach us,

Par exemple, la lumière du Soleil prend 8 minutes à nous parvenir,

which means that the light we see now is a picture of the Sun eight minutes ago.

ce qui veut dire que l'on voit une lumière émise par le soleil 8 minutes plus tôt.

When you look at the Big Dipper,

Quand on regarde la Grande Ourse,

you're seeing what it looked like 80 years ago.

on la voit telle qu'elle était il y a 80 ans.

And those smudgy galaxies?

Et ces galaxies voilées ?

They're millions of light years away.

Elles sont à des millions d'années-lumière de nous.

It has taken millions of years for that light to reach us.

Leur lumière a mis des millions d'années à nous parvenir.

So the universe itself is in some sense an inbuilt time machine.

L'univers fonctionne donc comme une machine à voyager dans le temps.

The further we can look back, the younger the universe we are probing.

Plus on remonte dans le temps, plus on sonde un univers jeune.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Les astrophysiciens tentent de décrypter l'histoire de l'univers

and understand how and where we come from.

et de comprendre comment et pourquoi nous sommes apparus.

The universe is constantly sending us information in the form of light.

L'univers est une source continue d'informations lumineuses.

All that remains if for us to decode it.

Il ne nous reste plus qu'à les décoder.