Composition de l'Univers : exercices corrigés de 3e

100 milliards $= 100 \times 10^{9} = 10^{2} \times 10^{9} = 10^{11}$.

On divise le nombre d'étoiles par le nombre de galaxies : $\dfrac{7 \times 10^{22}}{10^{11}}$.

On soustrait les exposants : $22 - 11 = 11$, donc le résultat vaut $7 \times 10^{11}$.

Conclusion : en moyenne, une galaxie contient environ $7 \times 10^{11}$ étoiles, soit 700 milliards.

On commence par la planète : la Terre.

La Terre fait partie du système solaire, qui est plus grand qu'elle.

Le système solaire fait partie d'une galaxie, qui rassemble un très grand nombre d'étoiles.

Les galaxies sont organisées en amas, eux-mêmes regroupés en superamas ³.

L'ensemble de ces structures forme l'Univers observable, le plus grand de la liste.

Ordre final : Terre, système solaire, galaxie, amas de galaxies, superamas de galaxies, Univers observable. La Terre est une planète, un corps céleste parmi d'autres ³, alors que le système solaire est un ensemble d'astres.

Distance en km $= 4{,}2 \times 9{,}5 \times 10^{12}$.

Calcul des décimaux : $4{,}2 \times 9{,}5 = 39{,}9$.

On obtient $39{,}9 \times 10^{12}\ \text{km}$.

Écriture scientifique : $39{,}9 \times 10^{12} = 3{,}99 \times 10^{13}$ km.

Durée $= 2011 - 1998 = 13$ ans.

Les chercheurs ont mesuré la distance de luminosité de supernovas de type Ia ⁴.

Réponse : 13 ans séparent les deux dates, et ce sont des supernovas de type Ia qui ont servi de repères.

Diamètre : $100\ \text{milliards} = 10^{11}$ a.l.

En km : $10^{11} \times 9{,}5 \times 10^{12} = 9{,}5 \times 10^{11+12} = 9{,}5 \times 10^{23}$ km.

Un siècle vaut environ $100 \times 365 \times 24 \approx 8{,}8 \times 10^{5}$ h, donc de l'ordre de $10^{6}$ h.

À $10^{5}$ km/h pendant $10^{6}$ h, la fusée parcourt environ $10^{5} \times 10^{6} = 10^{11}$ km.

Comparaison : $10^{11}$ km est bien plus petit que $10^{23}$ km, d'un facteur $10^{12}$ environ.

Conclusion : non, la fusée ne parcourrait qu'une infime fraction de l'Univers observable.

a. Faux. Pour que le mouvement des galaxies colle aux lois de la physique actuelle, on admet que l'expérience ne révèle qu'une faible part de la matière ; le reste serait de la matière noire ³.

b. Vrai. L'énergie sombre (ou noire) reste hypothétique ; elle servirait à expliquer pourquoi l'expansion de l'Univers s'accélère ³.

c. Faux. Ce sont deux équipes internationales qui ont obtenu ce résultat, en 1998 ⁴.

d. Vrai. La matière baryonique désigne la matière ordinaire, bâtie à partir de particules composites nommées baryons ³.

Fraction écoulée : $\dfrac{3{,}45}{13{,}8} = 0{,}25$.

Nombre de jours écoulés : $0{,}25 \times 365 = 91{,}25$ jours.

Vérification : un quart de l'âge de l'Univers correspond à un quart de l'année, soit environ 91 jours, donc vers la fin du mois de mars.

Conclusion : l'événement se place à environ 91 jours après le début de l'année cosmique.

L'accélération observée rend probable une expansion sans fin : c'est le Big Freeze, qui s'oppose au Big Crunch ⁴.

Dans ce scénario, l'Univers se refroidit toujours plus et se vide peu à peu ⁴.

Un Big Rip serait possible avec une énergie noire de type « énergie fantôme » : sa densité croîtrait et deviendrait infinie au bout d'une durée finie ⁴.

Les cosmologistes s'accordent sur cette accélération. En novembre 2019, quelques astrophysiciens ont suggéré un biais d'observation, mais une nouvelle analyse en mai 2020 a écarté cette hypothèse ⁴.