L’expansion de l’univers est l’une des idées les plus contre-intuitives de la cosmologie moderne. Si l’espace lui-même s’étire, comment les galaxies peuvent-elles encore entrer en collision ? Cette question revient souvent car elle semble contradictoire : tout ne devrait-il pas s’effondrer ? La réalité est plus nuancée. Les collisions se produisent parce que l’expansion ne domine qu’aux plus grandes échelles et que la gravité exerce toujours une puissante influence localement.
L’univers en expansion : une idée fausse
L’image populaire de l’univers en expansion comme une explosion – avec des galaxies se déplaçant à travers l’espace – est trompeuse. L’expansion ne concerne pas les galaxies qui s’éloignent les unes des autres ; il s’agit de l’espace lui-même en expansion. Imaginez un mètre flexible s’étendant sur un à deux mètres. Les points les plus éloignés se déplacent plus rapidement, tandis que les points les plus proches se déplacent plus lentement. C’est précisément ce qui se passe dans l’univers : les galaxies les plus lointaines reculent plus rapidement, un phénomène que nous pouvons mesurer.
Par exemple, une galaxie située à 10 mégaparsecs (32,6 millions d’années-lumière) s’éloigne à environ 700 km/s, tandis qu’à un mégaparsec se déplace à seulement 70 km/s. Malgré cette expansion rapide, les galaxies peuvent encore la surmonter grâce à la simple vitesse.
La gravité locale remplace l’expansion
La galaxie d’Andromède en fournit un exemple clair. Bien qu’à 2,5 millions d’années-lumière, il ne recule pas. Au lieu de cela, il se dirige vers la Voie lactée à environ 110 km/s. En effet, les deux galaxies sont liées gravitationnellement au sein du groupe local : leur gravité mutuelle dépasse l’expansion de l’univers.
Le même principe s’applique aux galaxies au sein des amas. La gravité combinée les maintient ensemble, résistant à l’attraction extérieure de l’expansion. En conséquence, ces galaxies peuvent interagir, fusionner et entrer en collision sur des milliards d’années, malgré l’étendue du cosmos qui les entoure.
La gravité courbe l’espace-temps
La théorie de la relativité générale d’Einstein explique pourquoi cela fonctionne. La gravité n’est pas seulement une force ; c’est une distorsion de l’espace-temps. Des objets massifs déforment le tissu de l’univers, provoquant la courbure des objets proches vers eux. Dans un système étroitement lié, la gravité domine, empêchant l’expansion au sein de cette région. L’espace s’étend autour du cluster, mais pas à l’intérieur.
Cela signifie que si deux galaxies se rapprochent suffisamment, la gravité les rapprochera, quel que soit l’arrière-plan en expansion. C’est précisément pour cette raison que la Voie lactée et Andromède sont destinées à entrer en collision dans environ huit milliards d’années.
L’énergie noire et l’avenir
L’histoire devient plus étrange car l’expansion n’est pas constante. En 1998, les astronomes ont découvert que l’expansion était en train de s’accélérer, sous l’effet d’une force mystérieuse appelée énergie noire. Si l’énergie noire se comporte d’une certaine manière, même l’espace à l’intérieur des régions délimitées pourrait s’étendre. Le scénario le plus extrême, celui de la « grande déchirure », suggère qu’à terme, toutes les structures – des galaxies aux molécules – seront déchirées par une expansion imparable.
Cependant, la nature de l’énergie noire reste inconnue. La grande déchirure n’est qu’un destin possible. L’avenir de l’univers – et le sort des galaxies en collision – reste incertain.
En conclusion, les galaxies entrent en collision parce que la gravité domine toujours localement, l’emportant sur l’expansion de l’univers à des échelles plus petites. Cette interaction dynamique entre la gravité et l’expansion permet aux structures de se former, d’évoluer et finalement d’entrer en collision, même si le cosmos continue de s’étendre vers l’extérieur.
