Quels sont les plus gros objets de l’Univers ?

L’espace est vaste. Imaginer à quel point l’Univers est vaste peut parfois être époustouflant, même pour certains des objets les plus modestes. Il y en a qui sont vraiment énormes, mais quels sont les plus grands des grands ?

Des milliers d’exoplanètes potentielles ont été découvertes ces dernières années. Les plus grandes sont des géantes gazeuses de type Jupiter, comme HAT-P-32b dans Andromède. Son rayon est environ deux fois celui de Jupiter, alors que sa masse est légèrement inférieure.

« HAT-P-32b est un Jupiter chaud, un type de planète géante gazeuse proche », explique Ming Zhao, chercheur associé au département d’astronomie et d’astrophysique de l’université d’État de Pennsylvanie.

La planète n’orbite qu’à 0.034 UA de son étoile hôte, soit un dixième du rayon de Mercure.

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« Elle subit une irradiation brûlante et a une température de près de 1 800ºC. Cela fait gonfler sa taille. »

Lorsque l’on monte d’un cran dans l’échelle et que l’on s’intéresse aux plus grosses étoiles, il y a plusieurs prétendantes. L’hypergéante UY Scuti mesurerait plus de 1 700 fois le rayon du Soleil, mais il y a beaucoup de variations car l’étoile croît et décroît sur un cycle de 740 jours.

NML Cygni n’est pas loin derrière avec 1 642 rayons solaires, sa taille énorme causée par les 50 masses terrestres de gaz qu’elle perd chaque année, créant un linceul autour d’elle, la ballonnant à une taille énorme. Elle varie sur une fenêtre de 940 jours.

Quoi que ce soit qui soit vraiment en tête, il est peu probable qu’elle le reste longtemps. Ces étoiles sont dans les derniers stades de leur vie et il leur reste tout au plus quelques millions d’années avant de se transformer en supernova, laissant derrière elles une glorieuse nébuleuse.

Ces collections de gaz et de poussière peuvent être trouvées dans toute notre Galaxie, bien que la plus grande que nous connaissions se trouve au-delà, à 160 000 années-lumière dans le Grand Nuage de Magellan.

La nébuleuse de la Tarentule est une énorme région HII de 600 années-lumière de diamètre. Si elle devait échanger sa place avec la nébuleuse d’Orion, beaucoup plus proche, elle couvrirait la même surface de ciel que 60 lunes pleines et serait suffisamment brillante pour projeter des ombres.

La nébuleuse abrite le super amas d’étoiles R136, qui abrite certaines des étoiles connues les plus massives et les plus brillantes, à l’origine de cette glorieuse nébuleuse.

Cependant, lorsque nous regardons les plus grands entrants au cran suivant sur l’échelle des tailles cosmiques, les galaxies, il est peu probable qu’elles aient une nébuleuse impressionnante du tout.

Les plus grandes des galaxies sont des elliptiques, d’énormes collections d’étoiles qui se forment lorsque deux ou plusieurs galaxies plus petites entrent en collision et fusionnent, en dépouillant tout le gaz et la poussière dans le processus.

La plus grande galaxie elliptique connue est IC 1101 dans la Vierge. Avec ses 5,8 millions d’années-lumière de diamètre, elle représente plus de 50 fois celui de la Voie lactée.

Composée de 100 trillions d’étoiles, elle submergerait non seulement la Voie lactée, mais engloberait également la galaxie d’Andromède et une grande partie du Groupe local également.

Bien que les galaxies soient les plus grandes choses que vous pouvez regarder dans un télescope et reconnaître, il existe des structures encore plus grandes. Les galaxies s’agglutinent en amas, et le plus extrême que l’on connaisse actuellement est El Gordo ou « le gros ».

« Au cours de la vie de l’Univers, les amas de galaxies grandissent. El Gordo date d’une époque où l’Univers était deux fois moins vieux qu’aujourd’hui, mais pour son époque, c’est le plus extrême », explique le professeur Jack Hughes de l’université Rutgers.

Si la bête de somme d’un amas est si grande qu’il est difficile d’en estimer la taille, on pense qu’elle fait entre 10 et 30 millions d’années-lumière de diamètre.

« Si vous regardez ce que nous attendons de la masse des amas à cette distance, El Gordo est proche de la limite de ce que nous nous attendrions à trouver sur l’ensemble du ciel : un objet unique dans l’Univers », dit Hughes.

Comme il est à plus de 8 milliards d’années-lumière, nous le regardons tel qu’il était il y a 8 milliards d’années. Bien que les amas que nous voyons dans l’Univers proche soient plus grands, après plusieurs milliards d’années d’évolution, El Gordo aura grandi pour devenir un énorme mastodonte.

Mais même ces amas de galaxies ne sont pas les plus grandes choses dans l’Univers.

Les superamas, formés de plusieurs amas de galaxies, sont les plus grands objets liés gravitationnellement que nous connaissions.

Le superamas de Shapley est considéré comme le plus grand, à environ 650 millions d’années-lumière, tandis que le superamas de Laniakea (qui contient la Voie lactée et donc nous) n’est pas loin derrière, à 520 millions d’années-lumière.

Ce sont les plus grands objets que nous connaissons actuellement. Mais Shapley et Laniakea se rapprochent l’un de l’autre. Sont-ils en train de devenir une partie d’une structure plus grande encore ?

On pense que la Toile cosmique est un grand réseau d’amas, reliés par des filaments de matière noire et parsemés de galaxies.

Ces filaments forment des murs géants : le grand mur Hercule-Corona Borealis, par exemple, mesure entre six et 18 milliards d’années-lumière.

C’est tellement grand qu’on pense qu’il repousse les limites de la taille de quelque chose, brisant la limite de taille cosmique ou le principe cosmologique.

« Le principe cosmologique signifie qu’à de très grandes échelles, l’Univers a la même apparence en tout lieu, et a la même densité dans toutes les directions », explique Peter Coles, directeur de l’école des sciences mathématiques et physiques de l’université du Sussex.

« Le problème est de savoir ce que nous entendons par « échelles significativement grandes » ? »

À titre indicatif, la limite est placée à environ 1.2 milliards d’années-lumière, mais plusieurs objets ont été trouvés qui dépasseraient cette limite, comme un groupe de 10 galaxies à sursaut gamma qui s’étendent sur plus de cinq milliards d’années-lumière.

Mais quelque chose comme cela peut-il vraiment être appelé une structure ?

« Vous pouvez avoir une structure qui n’est pas très fortement liée gravitationnellement, comme un long filament de galaxies », dit Coles. « Il pourrait être long de plusieurs centaines de millions d’années-lumière, mais en réalité, l’effet qu’il a sur l’espace-temps est très faible.

Aussi vastes que soient ces structures, il en existe peut-être de plus grandes non découvertes dans les profondeurs de notre Univers.

Nous ne pouvons voir qu’une infime partie de tout ce qu’il y a à voir, et nul doute que des monstres encore plus grands se cachent dans les profondeurs de notre Galaxie et au-delà.

Pousser les limites

Pour tous les titans que nous avons trouvés dans notre Univers, pourrait-il y avoir un plus gros monstre là-bas ? Les limites du diamètre physique peuvent être difficiles à cerner, car la masse, la température, la composition et l’âge jouent tous sur leur taille. En revanche, leurs masses sont beaucoup plus contraintes.

Pour une planète, la limite est une question de définition : quand une grosse planète devient-elle une petite étoile ?

« La frontière de masse entre une géante gazeuse et une naine brune se situe autour de 13 masses de Jupiter. En dessous de cette limite, un objet ne serait pas assez chaud pour brûler du deutérium, ce qui est le point où il devient une étoile », explique Ming Zhao.

De même pour les étoiles, il y a un point où leur masse peut devenir trop importante. Les étoiles équilibrent la gravité qui les écrase à l’intérieur et la pression vers l’extérieur produite lors de la fusion.

Cet acte d’équilibrage est stable jusqu’à environ 150 masses solaires dans l’Univers actuel.

Mais il existe des étoiles qui dépassent cette limite, comme R136a1, pesant 256 masses solaires. Les chercheurs ne savent pas comment cela est possible, mais la théorie actuelle est que l’étoile ne s’est pas formée de cette façon.

Au contraire, deux étoiles ont fusionné ensemble. Cependant, plus une étoile est grosse, plus sa durée de vie est courte, et avant longtemps, cette étoile explosera en une supernova spectaculaire.

Caché dans l’obscurité

Si l’on peut voir d’énormes structures dans l’Univers, certaines des plus grandes sont invisibles.

Si vous regardez dans notre système solaire, le plus grand objet est le Soleil, mais son influence se fait sentir bien au-delà de sa surface.

En plus de maintenir les planètes en équilibre grâce à sa gravité, le Soleil possède un énorme champ magnétique, si grand que les sondes Voyager n’ont atteint son bord qu’après 35 ans de voyage.

À plus grande échelle, les galaxies sont bien plus grandes qu’elles n’apparaissent à nos yeux. On pense que 95 % de la Voie lactée est constituée de matière noire invisible, s’étendant en une grande masse appelée halo.

La distance exacte de ces halos est impossible à mesurer, et nous ne connaissons leur présence que par la façon dont les galaxies tournent.

Mais l’une des plus grandes structures qui existent n’est pas de la matière noire, ni même lumineuse. Elle n’est faite de rien.

Lorsque le satellite Planck a confirmé la présence d’une tache froide dans le rayonnement de fond cosmique micro-ondes, les chercheurs ont réalisé qu’ils avaient trouvé un vide géant, le super-vide Eridanus, l’une des plus grandes structures de l’Univers observable.

Elizabeth Pearson est rédactrice en chef de BBC Sky at Night Magazine. Cet article est initialement paru dans le numéro de janvier 2016 du BBC Sky at Night Magazine.