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Origines : CERN : Idées : Le Big Bang | Exploratorium

Histoire de l'Univers
photo : CERN
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Saviez-vous que la matière de votre corps a des milliards d’années ?
Selon la plupart des astrophysiciens, toute la matière que l’on trouve dans l’univers aujourd’hui — y compris la matière des gens, des plantes, des animaux, de la terre, des étoiles et des galaxies — a été créée au tout premier instant du temps, il y a environ 13 milliards d’années, pense-t-on.
L’univers a commencé, selon les scientifiques, avec chaque grain de son énergie coincé dans un point très minuscule. Ce point extrêmement dense a explosé avec une force inimaginable, créant de la matière et la propulsant vers l’extérieur pour former les milliards de galaxies de notre vaste univers. Les astrophysiciens ont surnommé cette explosion titanesque le Big Bang.
Le Big Bang ne ressemblait à aucune explosion dont vous pourriez être témoin sur terre aujourd’hui. Par exemple, l’explosion d’une bombe à hydrogène, dont le centre enregistre environ 100 millions de degrés Celsius, se déplace dans l’air à environ 300 mètres par seconde. En revanche, les cosmologistes pensent que le Big Bang a projeté de l’énergie dans toutes les directions à la vitesse de la lumière (300 000 000 mètres par seconde, soit un million de fois plus vite que la bombe H) et estiment que la température de l’univers entier était de 1 000 billions de degrés Celsius une infime fraction de seconde après l’explosion. Même les noyaux des étoiles les plus chaudes de l’univers actuel sont beaucoup plus froids que cela.
Il y a une autre qualité importante du Big Bang qui le rend unique. Alors que l’explosion d’une bombe de fabrication humaine se propage dans l’air, le Big Bang ne s’est propagé dans rien. C’est parce qu’il n’y avait pas d’espace à dilater au début des temps. Les physiciens pensent plutôt que le Big Bang a créé et étiré l’espace lui-même, étendant ainsi l’univers.

Un univers en expansion et en refroidissement

Hubble Deep Field
photo : Space Telescope Science Institute
Alors que l’univers primitif se refroidissait, la matière produite lors du Big Bang s’est rassemblée en étoiles et en galaxies.

Pendant un bref instant après le Big Bang, l’immense chaleur a créé des conditions différentes de celles que les astrophysiciens observent aujourd’hui dans l’univers. Alors que les planètes et les étoiles d’aujourd’hui sont composées d’atomes d’éléments comme l’hydrogène et le silicium, les scientifiques pensent que l’univers d’alors était trop chaud pour autre chose que les particules les plus fondamentales — comme les quarks et les photons.
Mais alors que l’univers s’étendait rapidement, l’énergie du Big Bang s’est de plus en plus “diluée” dans l’espace, entraînant le refroidissement de l’univers. Ouvrir une bouteille de bière entraîne un effet de refroidissement et d’expansion à peu près similaire : le gaz, autrefois confiné dans la bouteille, se répand dans l’air, et la température de la bière baisse.
Le refroidissement rapide a permis à la matière telle que nous la connaissons de se former dans l’univers, bien que les physiciens tentent toujours de comprendre exactement comment cela s’est produit. Environ un dix millième de seconde après le Big Bang, des protons et des neutrons se sont formés, et en quelques minutes, ces particules se sont collées les unes aux autres pour former des noyaux atomiques, principalement de l’hydrogène et de l’hélium. Des centaines de milliers d’années plus tard, les électrons se sont collés aux noyaux pour former des atomes complets.
Environ un milliard d’années après le Big Bang, la gravité a fait que ces atomes se sont rassemblés en d’énormes nuages de gaz, formant des collections d’étoiles connues sous le nom de galaxies. La gravité est la force qui attire tous les objets ayant une masse les uns vers les autres — la même force, par exemple, qui fait qu’une balle lancée en l’air tombe sur la terre.
D’où viennent les planètes comme la terre ? Pendant des milliards d’années, les étoiles “cuisent” les atomes d’hydrogène et d’hélium dans leur noyau chaud pour fabriquer des éléments plus lourds comme le carbone et l’oxygène. Les grandes étoiles explosent au fil du temps, projetant ces éléments dans l’espace. Cette matière se condense ensuite pour former les étoiles, les planètes et les satellites qui constituent les systèmes solaires comme le nôtre.

Comment savons-nous que le Big Bang s’est produit ?
Les astrophysiciens ont découvert un grand nombre de preuves irréfutables au cours des cent dernières années pour soutenir la théorie du Big Bang. Parmi ces preuves figure l’observation que l’univers est en expansion. En observant la lumière émise par des galaxies lointaines, les scientifiques ont découvert que ces galaxies s’éloignent rapidement de notre galaxie, la Voie lactée. Une explosion comme le Big Bang, qui a envoyé la matière voler vers l’extérieur à partir d’un point, explique cette observation.


Saviez-vous que les parasites sur votre télévision sont causés par les radiations laissées par le Big Bang ?

Une autre découverte capitale a été l’observation de faibles niveaux de micro-ondes dans tout l’espace. Les astronomes pensent que ces micro-ondes, dont la température est d’environ -270 degrés Celsius, sont les vestiges du rayonnement à très haute température produit par le Big Bang.
Il est intéressant de noter que les astronomes peuvent se faire une idée de la chaleur de l’univers en observant des nuages de gaz très éloignés à l’aide de télescopes de grande puissance. Comme la lumière de ces nuages peut mettre des milliards d’années à atteindre nos télescopes, nous voyons ces corps tels qu’ils apparaissaient il y a des éons. Et voilà que ces anciens nuages de gaz semblent être plus chauds que les nuages plus jeunes.
Les scientifiques ont également pu confirmer la théorie du Big Bang en mesurant les quantités relatives de différents éléments dans l’univers. Ils ont découvert que l’univers contient environ 74 % d’hydrogène et 26 % d’hélium en masse, les deux éléments les plus légers. Tous les autres éléments plus lourds — y compris les éléments communs sur terre, comme le carbone et l’oxygène — ne constituent qu’une infime trace de toute la matière.
En quoi cela prouve-t-il quoi que ce soit sur le Big Bang ? Les scientifiques ont montré, à l’aide de calculs théoriques, que ces abondances n’ont pu être obtenues que dans un univers qui a commencé dans un état très chaud et dense, puis s’est rapidement refroidi et étendu. C’est exactement le type d’univers que prédit la théorie du Big Bang.
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