Pourquoi l’espace apparaît-il noir ?

Nombreux sont les poètes et auteurs à parler de la noirceur insondable et abyssale de l’espace profond. En effet, lorsque nos yeux se tournent vers ces vastes étendues interplanétaires, interstellaires ou intergalactiques, ils ne rencontrent pratiquement que de l’obscurité. De la même manière sur Terre, le ciel nocturne criblé d’étoiles nous apparaît également noir. Mais pourquoi une telle obscurité, en sachant que l’Univers est rempli d’objets produisant ou réfléchissant la lumière ?

Regardez le ciel nocturne ou émerveillez-vous devant les images de l’Univers en ligne, et vous verrez toujours la même chose : l’obscurité profonde de l’espace, ponctuée d’étoiles brillantes, de planètes ou de vaisseaux spatiaux. Mais pourquoi l’espace apparaît-il noir ? Pourquoi l’espace n’est-il pas coloré, comme le ciel bleu diurne sur Terre ? Étonnamment, la réponse n’est que peu en lien avec l’absence de lumière.

Le rôle joué par l’expansion de l’Univers

« On pourrait penser que puisqu’il y a des milliards d’étoiles dans notre galaxie, des milliards de galaxies dans l’univers et d’autres objets, comme des planètes, qui réfléchissent la lumière, que lorsque nous regardons le ciel la nuit, il serait extrêmement lumineux. Mais au lieu de cela, il fait vraiment très sombre », indique Tenley Hutchinson-Smith, astrophysicienne à l’Université de Californie à Santa Cruz (UCSC).

Hutchinson-Smith explique que cette contradiction, connue dans les cercles de la physique et de l’astronomie sous le nom de paradoxe d’Olbers, peut s’expliquer par la théorie de l’expansion de l’espace ; l’idée que « parce que notre Univers s’étend plus vite que la vitesse de la lumière… la lumière des galaxies pourrait s’étirer et se transformer en ondes infrarouges, micro-ondes et ondes radio, qui ne sont pas détectables par nos yeux humains ». Et parce que ces longueurs d’onde sont indétectables, les objets apparaissent sombres (noirs) à l’œil nu.

Les étoiles émettent de la lumière dans toutes les couleurs, même les couleurs non visibles pour l’œil humain, comme l’ultraviolet ou l’infrarouge. Si nous pouvions voir les micro-ondes, tout l’espace brillerait. Et ceci parce que le fond diffus cosmologique — les premiers photons émis 380 000 ans après le Big Bang à l’issue de la recombinaison — remplit toujours l’espace.

Des espaces pratiquement vides de matière

Une autre raison pour laquelle l’espace interstellaire et interplanétaire semble sombre est que l’espace est un vide presque parfait. Rappelons que le ciel de la Terre est bleu parce que les molécules qui composent l’atmosphère, y compris l’azote et l’oxygène, diffusent une grande partie des longueurs d’onde bleue et violette de la lumière visible du Soleil dans toutes les directions, y compris vers nos yeux.

Cependant, en l’absence de matière, la lumière se déplace en ligne droite de sa source au récepteur. Parce que l’espace est un vide presque parfait, c’est-à-dire qu’il contient extrêmement peu de particules, il n’y a pratiquement rien dans l’espace entre les étoiles et les planètes pour diffuser la lumière vers nos yeux. Et sans lumière atteignant nos yeux, nous ne pouvons rien apercevoir.

Cela dit, une étude de 2021 publiée dans The Astrophysical Journal suggère que l’espace n’est peut-être pas aussi noir que les scientifiques le pensaient à l’origine. Grâce à la mission New Horizons de la NASA vers Pluton et la ceinture de Kuiper, les chercheurs ont pu voir l’espace sans interférence lumineuse de la Terre ou du Soleil. L’équipe a passé au crible les images prises par le vaisseau spatial et soustrait toute la lumière des étoiles connues, de la Voie lactée et des galaxies possibles, ainsi que toute lumière qui aurait pu s’échapper des caprices de la caméra. La lumière de fond de l’univers, ont-ils découvert, était encore deux fois plus brillante que prévu.