Une comparaison de la taille des objets célestes [vidéo]

Comparer la taille des objets célestes donne rapidement le vertige. D’une planète naine comme Cérès aux étoiles géantes, puis aux trous noirs supermassifs, aux nébuleuses, aux galaxies et finalement à l’Univers observable, les différences d’échelle deviennent presque impossibles à se représenter avec de simples chiffres.

Cette vidéo propose justement une progression visuelle depuis les plus petits objets de la sélection jusqu’aux structures les plus vastes. Elle permet notamment de comparer des planètes, des étoiles comme UY Scuti ou Stephenson 2-18, le trou noir supermassif associé au quasar TON 618 et, tout au bout de l’échelle, l’Univers observable.

Comparaison de la taille des planètes du Système solaire, de plusieurs grandes lunes et de quelques étoiles. Illustration de Pablo Carlos Budassi (CC BY-SA 4.0).

À retenir

• Cérès, qui ouvre la comparaison, mesure environ 940 km de diamètre.
• La vidéo passe ensuite des planètes aux étoiles géantes, puis aux trous noirs supermassifs, aux nébuleuses, aux galaxies et aux superamas.
• TON 618 contient l’un des trous noirs supermassifs les plus massifs connus et donne une idée particulièrement spectaculaire du changement d’échelle.
• L’Univers observable mesure environ 92 à 93 milliards d’années-lumière de diamètre.
• Ces comparaisons sont très utiles visuellement, mais elles rapprochent des objets dont la « taille » n’est pas toujours définie de la même manière.

De Cérès à l’Univers observable, un vertigineux changement d’échelle

Le voyage commence avec Cérès, la plus grande planète naine de la ceinture principale d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. La NASA lui attribue un diamètre d’environ 940 kilomètres.

À cette échelle, Cérès paraît déjà immense. Mais quelques secondes de vidéo suffisent pour la transformer en simple point face aux planètes géantes du Système solaire.

Jupiter domine largement les autres planètes par son diamètre. La géante gazeuse est d’ailleurs particulièrement spectaculaire lorsqu’on l’observe grâce aux images de Jupiter prises par la caméra JunoCam.

Puis arrive le Soleil, avant que les étoiles géantes ne changent encore complètement l’échelle.

Comparer la taille des étoiles, des planètes et des trous noirs

Une comparaison de taille paraît simple tant que l’on reste entre des planètes : on peut comparer leur diamètre.

Avec les étoiles, cela devient déjà plus délicat. Leur rayon dépend de leur structure, de leur atmosphère et des méthodes utilisées pour l’estimer. Les valeurs attribuées aux étoiles géantes ou hypergéantes comme UY Scuti, VY Canis Majoris ou Stephenson 2-18 comportent donc des incertitudes.

La situation change encore lorsqu’on arrive aux trous noirs.

Un trou noir n’est pas une boule possédant une surface solide que l’on pourrait mesurer avec un mètre ruban cosmique. Les représentations de taille utilisent généralement l’échelle de son horizon des événements, c’est-à-dire la frontière au-delà de laquelle la lumière elle-même ne peut plus s’échapper.

La vidéo doit donc être comprise comme une comparaison visuelle d’ordres de grandeur, plutôt que comme un classement où tous les objets seraient mesurés exactement de la même manière.

Quelle est la taille de TON 618 par rapport au Soleil ?

L’un des passages les plus impressionnants concerne TON 618, un quasar très éloigné dont le moteur central est un trou noir supermassif de plusieurs dizaines de milliards de masses solaires.

Comparer TON 618 au Soleil donne rapidement des nombres difficiles à concevoir. Ce n’est toutefois pas la matière du trou noir qui est représentée comme une immense sphère noire : les illustrations utilisent généralement la taille théorique de son horizon des événements.

Autrement dit, la comparaison permet surtout de visualiser l’échelle gravitationnelle du monstre cosmique.

TON 618 paraît gigantesque face au Soleil, mais il reste minuscule lorsqu’on passe ensuite aux nébuleuses et aux galaxies. Même un trou noir supermassif ne représente qu’une très petite région au cœur de structures beaucoup plus vastes.

Les objets célestes de la vidéo, du plus petit au plus grand

Voici les différents objets et structures présentés dans la comparaison, avec leurs timecodes :

• 0:01 Cérès
• 0:04 Makémaké
• 0:08 Pluton
• 0:12 Europe
• 0:16 la Lune
• 0:20 Mercure
• 0:24 Titan
• 0:28 Mars
• 0:32 Vénus
• 0:36 la Terre
• 0:40 Kepler-22b
• 0:44 Neptune
• 0:48 Uranus
• 0:52 Saturne
• 0:56 Jupiter
• 1:04 le Soleil
• 1:08 Sirius A
• 1:12 Elnath
• 1:16 Pollux
• 1:20 Arcturus
• 1:23 Sagittarius A*
• 1:27 Aldébaran
• 1:32 Aludra
• 1:53 l’étoile du Pistolet
• 1:57 Antarès
• 2:01 VY Canis Majoris
• 2:05 UY Scuti
• 2:09 Stephenson 2-18
• 2:32 S5 0014+81
• 2:39 TON 618
• 2:48 la nébuleuse de l’Hélice
• 2:57 la nébuleuse de la Tête de Cheval
• 3:05 la nébuleuse de l’Aigle
• 3:17 Segue 2
• 3:24 la nébuleuse de la Tarentule
• 3:33 Sleeping Beauty
• 3:40 la Voie lactée
• 3:46 la galaxie d’Andromède
• 3:51 IC 1101
• 3:58 le superamas de la Vierge
• 4:01 Laniakea
• 4:17 l’Univers observable

La progression fait donc passer l’échelle d’environ 940 kilomètres pour Cérès à près de 93 milliards d’années-lumière pour le diamètre de l’Univers observable.

Dans le même esprit, cette comparaison de la taille des animaux montre combien une représentation visuelle permet de mieux comprendre des différences de dimensions qui restent abstraites lorsqu’elles sont exprimées uniquement avec des nombres.

Pourquoi l’Univers observable mesure environ 93 milliards d’années-lumière

Un chiffre peut surprendre : l’Univers a environ 13,8 milliards d’années, alors comment l’Univers observable peut-il mesurer autour de 93 milliards d’années-lumière de diamètre ?

La réponse vient de l’expansion de l’Univers.

La lumière des objets les plus lointains a voyagé pendant des milliards d’années pour arriver jusqu’à nous. Pendant ce temps, l’espace lui-même s’est dilaté. Les régions qui ont émis cette lumière sont donc aujourd’hui beaucoup plus éloignées qu’elles ne l’étaient au moment de l’émission.

La NASA estime ainsi le diamètre de l’Univers observable à environ 92 milliards d’années-lumière, tandis que l’ESA utilise généralement une valeur d’au moins 93 milliards d’années-lumière.

Et ce n’est encore que l’Univers que nous pouvons observer : la taille totale de l’Univers reste inconnue.

Une comparaison spectaculaire, mais pas un classement absolu

La vidéo reste surtout un excellent outil pour prendre conscience des écarts d’échelle.

Mais il faut garder en tête que l’on ne compare pas exactement la même chose lorsqu’on mesure une planète, une étoile, un trou noir, une nébuleuse ou une galaxie.

Une planète possède un diamètre relativement bien défini. Une étoile possède des couches externes plus diffuses. Une nébuleuse n’a pas de limite nette, tandis que les dimensions attribuées aux galaxies et aux superamas dépendent en partie de la définition utilisée.

Les valeurs concernant certaines étoiles géantes évoluent également à mesure que les observations et les modèles s’améliorent.

La vidéo donne donc avant tout **une représentation spectaculaire des ordres de grandeur de l’Univers**, ce qui est déjà largement suffisant pour perdre momentanément toute notion raisonnable de distance.

Après cette plongée dans les échelles astronomiques, on peut revenir à des dimensions un peu plus humaines avec la comparaison de la taille des plus grandes statues du monde.

Sources pour aller plus loin

• NASA Science – Ceres
• NASA – How Big is Space?
• ESA – The Universe
• NASA Astronomy Picture of the Day – The Observable Universe
• Wikimedia Commons – Celestial body size comparison horizontal