Pourquoi l'espace est noir

Sortez par une nuit claire et sans lune, loin de toute ville, et levez les yeux. Le ciel est criblé d'étoiles — mais entre elles, il y a du noir. Beaucoup de noir. Ça paraît trop évident pour qu'on s'y arrête. Bien sûr que la nuit est sombre. Et pourtant, depuis deux siècles, cette obscurité est discrètement l'un des indices les plus profonds que nous ayons sur l'univers. Parce que si vous prenez quelques hypothèses simples et raisonnables sur le cosmos et que vous les suivez honnêtement, le ciel nocturne devrait être éblouissant — aussi brillant que la surface du Soleil, dans toutes les directions à la fois. Le fait qu'il ne le soit pas s'appelle le paradoxe d'Olbers, et sa résolution, c'est toute l'histoire de l'univers.

Le raisonnement qui devrait embraser le ciel

Voici le raisonnement, et il est d'une propreté presque agaçante. Supposons que l'univers soit infini, éternel et uniformément rempli d'étoiles — trois choses qui, pendant l'essentiel de l'histoire, semblaient parfaitement sensées. Imaginez maintenant qu'on trace une ligne droite partant de votre œil dans une direction, n'importe laquelle. Si les étoiles s'étendent à l'infini, cette ligne finira forcément par rencontrer la surface de quelque étoile. Impossible d'y échapper : avec une profondeur infinie, chaque ligne de visée se termine sur une étoile.

Mais cela veut dire que chaque point du ciel devrait se poser sur la surface d'une étoile. Pas un minuscule point lumineux — le plein éclat d'une surface stellaire, partout où vous regardez. Oui, les étoiles lointaines paraissent plus faibles, car la luminosité décroît avec le carré de la distance. Mais il y a un piège qui annule exactement cet effet : le volume d'espace à une distance donnée, et donc le nombre d'étoiles à cette distance, croît lui aussi avec le carré de la distance. L'affaiblissement et la multiplication se compensent parfaitement. Coquille de ciel après coquille de ciel, chacune apporte la même quantité de lumière. Additionnez une infinité de coquilles, et vous obtenez un ciel infiniment lumineux — ou du moins aussi brillant que le Soleil.

Sous ces trois hypothèses, donc, la nuit ne devrait pas exister. L'obscurité au-dessus de nos têtes est une contradiction silencieuse, qui se répète chaque nuit.

« Mais n'y a-t-il pas de la poussière qui bloque tout ? »

Le premier réflexe — et les gens l'ont eu pendant des siècles — c'est que quelque chose doit bloquer la lumière. Des nuages de gaz et de poussière entre les étoiles, qui absorberaient l'éclat venu des profondeurs avant qu'il n'arrive jusqu'à nous. Élégant. Intuitif. Faux.

L'astronome John Herschel a vu la faille vers le milieu du XIXe siècle. La poussière peut absorber la lumière des étoiles, certes — mais absorber de la lumière, c'est absorber de l'énergie, et l'énergie ne s'évanouit pas comme ça. La poussière chauffe. Baignée dans la lumière d'une infinité d'étoiles, elle continuerait de chauffer jusqu'à briller exactement aussi fort que les étoiles elles-mêmes, ré-émettant tout ce qu'elle a avalé. La poussière peut retarder la lumière. Elle peut la déplacer. Elle ne peut pas la détruire. Dans un univers vraiment infini et éternel, même les sombres nuages de poussière finiraient par briller. L'obscurité est donc réelle, et il lui faut une vraie réponse.

La réponse : l'univers a un anniversaire

La résolution est magnifique, et c'est un personnage improbable qui l'a esquissée le premier. En 1848, le poète Edgar Allan Poe, dans une étrange œuvre en prose intitulée Eureka, en a deviné le cœur : si nous voyons des vides entre les étoiles, écrivait-il, c'est que le fond plus lointain est si immense qu'aucun rayon issu de lui n'a encore pu nous parvenir.

Il avait raison. L'univers n'est pas éternel — il a environ 13,8 milliards d'années. La lumière est rapide, mais pas infiniment rapide ; en ce temps, elle n'a pu parcourir qu'une certaine distance. Cela nous donne un univers observable fini : une sphère dont nous sommes le centre, au-delà de laquelle la lumière des étoiles plus lointaines n'est tout simplement pas encore arrivée. Les coquilles lointaines censées combler les trous sont encore en chemin. La plupart des lignes de visée qui devraient se terminer sur une étoile se terminent en réalité sur des régions dont la lumière voyage toujours. Le ciel a des trous parce que l'univers est assez jeune pour être encore en train de s'allumer.

Et là, l'espace joue un second tour

L'âge fini fait le gros du travail, mais un second effet vient drainer le reste de la lumière. L'univers ne reste pas immobile — il est en expansion. L'espace lui-même s'étire, et toute lumière qui le traverse s'étire avec lui, glissant vers des longueurs d'onde plus grandes, plus rouges. Plus une source est lointaine, plus sa lumière est décalée vers le rouge.

Pour la lumière la plus lointaine de toutes, c'est spectaculaire. La lueur résiduelle de l'univers primitif — une lumière jadis incandescente et visible — a été étirée si loin qu'elle nous parvient aujourd'hui sous forme de faibles micro-ondes, invisibles à l'œil, rayonnant à une température glaciale de 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu. Ainsi, même la lumière qui nous est parvenue depuis les profondeurs a vu son énergie diluée et sa couleur poussée entièrement hors de la bande visible. L'expansion prend les braises que l'âge fini n'avait pas déjà cachées, et les refroidit doucement jusqu'à les rendre invisibles.

Pourquoi j'adore celui-là

Ce qui me touche, c'est le sens de la logique. On n'a pas raisonné jusqu'à un univers jeune et en expansion pour ensuite vérifier le ciel. On a regardé la simple et banale obscurité au-dessus de nous — le fait le plus ordinaire du monde — et on a compris qu'elle était impossible. Le ciel nocturne est un alibi silencieux et universel, qui prouve que l'univers a eu un commencement et qu'il s'éparpille encore.

Alors la prochaine fois que vous serez sous un ciel sombre et que le noir glacé entre les étoiles vous semblera n'être rien du tout, souvenez-vous : ce vide est la preuve la plus éclatante que nous ayons. L'obscurité n'est pas l'absence d'univers. C'est une mesure de la jeunesse du nôtre.