Qu’est-ce que la théorie du Big Bang ?
La théorie du Big Bang sur la création de l’univers a été soutenue le 12 juin 1965, par l’annonce de la découverte de nouveaux corps célestes connus sous le nom de galaxies bleues.
Le Big Bang
En 1929, l’astronome américain Edwin Hubble (1889-1953) a découvert que les distances des galaxies lointaines étaient proportionnelles à leur décalage vers le rouge. Le décalage vers le rouge se produit lorsqu’une source de lumière s’éloigne de son observateur : la longueur d’onde apparente de la lumière est étirée par l’effet Doppler vers la partie rouge du spectre. L’observation de Hubble impliquait que les galaxies lointaines s’éloignaient de nous, car les galaxies les plus éloignées avaient les vitesses apparentes les plus rapides. Selon Hubble, si les galaxies s’éloignent de nous, c’est qu’à un moment donné dans le passé, elles ont dû être regroupées à proximité les unes des autres.
La découverte de Hubble a été le premier support observationnel de la théorie du Big Bang de l’univers proposée par Georges Lemaître en 1927. Selon cette théorie, l’univers s’est développé de manière explosive à partir d’un état extrêmement dense et chaud, et continue de se développer aujourd’hui. Des calculs ultérieurs ont permis de dater ce Big Bang à environ 13,82 milliards d’années. En 1998, deux équipes d’astronomes travaillant indépendamment à Berkeley, en Californie, ont observé que les supernovæ – étoiles en explosion – s’éloignaient de la Terre à un rythme accéléré. Cette observation leur a valu le prix Nobel de physique en 2011. Les physiciens avaient supposé que la matière présente dans l’univers ralentirait son taux d’expansion ; la gravité finirait par faire retomber l’univers sur son centre.
La technologie existante ne permet pas encore aux astronomes de regarder littéralement la naissance de l’univers par la théorie du Big Bang mais elle peut aider les physiciens à décrire les premiers moments après le début de l’expansion.
Origines
Dans les premiers instants qui ont suivi le Big Bang, l’univers était extrêmement chaud et dense. En se refroidissant, l’univers a trouvé les conditions idéales pour donner naissance aux éléments constitutifs de la matière – les quarks et les électrons dont nous sommes tous faits. Quelques millionièmes de seconde plus tard, les quarks se sont agrégés pour produire des protons et des neutrons. En quelques minutes, ces protons et neutrons se sont combinés en noyaux. Alors que l’univers continuait à s’étendre et à se refroidir, les choses ont commencé à se produire plus lentement. Il a fallu 380 000 ans pour que les électrons soient piégés dans des orbites autour des noyaux, formant ainsi les premiers atomes. Il s’agissait principalement d’hélium et d’hydrogène, qui sont toujours, et de loin, les éléments les plus abondants dans l’univers. Les observations actuelles suggèrent que les premières étoiles se sont formées à partir de nuages de gaz environ 150 à 200 millions d’années après le Big Bang. Depuis, des atomes plus lourds, tels que le carbone, l’oxygène et le fer, ont été produites en continu dans le cœur des étoiles et catapultés dans tout l’univers lors d’explosions stellaires spectaculaires appelées supernovæ.
Mais les étoiles et les galaxies ne racontent pas toute l’histoire. Les calculs astronomiques et physiques suggèrent que l’univers visible ne représente qu’une infime partie (4 %) de ce dont l’univers est réellement constitué. Une fraction très importante de l’univers, en fait 26%, est constituée d’un type de matière inconnu appelé « matière noire ». Contrairement aux étoiles et aux galaxies, la matière noire n’émet aucune lumière ni aucun rayonnement électromagnétique d’aucune sorte, de sorte que nous ne pouvons la détecter que par ses effets gravitationnels.
Une forme d’énergie encore plus mystérieuse, appelée « énergie noire », représente environ 70 % du contenu masse-énergie de l’univers. On en sait encore moins sur elle que sur la matière noire. Cette idée découle de l’observation que toutes les galaxies semblent s’éloigner les unes des autres à un rythme accéléré, ce qui implique qu’une énergie supplémentaire invisible est à l’œuvre.
Le Big Bang – Toute la matière de l’univers s’est formée lors d’un événement explosif il y a 13,82 milliards d’années
Qu’est-ce que le Big Bang ?
La théorie du Big Bang est la principale explication de la façon dont l’univers a commencé. En termes simples, cela dit que l’univers tel que nous le connaissons a commencé avec un point unique infiniment chaud et dense qui s’est gonflé et étiré – d’abord à des vitesses inimaginables, puis à un rythme plus mesurable – au cours des 13,8 milliards d’années suivantes jusqu’au cosmos toujours en expansion que nous connaissons aujourd’hui.
La technologie existante ne permet pas encore aux astronomes de regarder littéralement la naissance de l’univers, une grande partie de ce que nous comprenons du Big Bang provient de formules et de modèles mathématiques. Les astronomes peuvent cependant voir « l’écho » de l’expansion à travers un phénomène connu sous le nom de fond diffus cosmologique.
Le Big Bang : la naissance de l’univers
Il y a environ 13,8 milliards d’années, tout dans l’univers entier était condensé en une singularité infiniment petite, un point d’une densité et d’une chaleur infinie.
Soudain, une expansion explosive a commencé, projetant notre univers vers l’extérieur plus rapidement que la vitesse de la lumière. Ce fut une période d’inflation cosmique qui n’a duré que quelques fractions de seconde – environ 10 ^ -32 de seconde, selon la théorie du physicien Alan Guth de 1980 qui a changé à jamais notre façon de penser au Big Bang.
Lorsque l’inflation cosmique a pris fin de manière soudaine et encore mystérieuse, les descriptions plus classiques du Big Bang se sont imposées. Un flot de matière et de rayonnement, connu sous le nom de « réchauffement », a commencé à peupler notre univers avec ce que nous connaissons aujourd’hui : des particules, des atomes, ce qui allait devenir des étoiles et des galaxies, etc.
Tout cela s’est produit dans la première seconde après le début de l’univers, alors que la température de tout était encore incroyablement chaude, à environ 10 milliards de degrés Fahrenheit (5,5 milliards Celsius), selon la NASA .(s’ouvre dans un nouvel onglet). Le cosmos contenait désormais une vaste gamme de particules fondamentales telles que les neutrons, les électrons et les protons – les matières premières qui deviendraient les éléments constitutifs de tout ce qui existe aujourd’hui.
Cette première « soupe » aurait été impossible à voir car elle ne pouvait pas retenir la lumière visible. « Les électrons libres auraient provoqué la diffusion de la lumière (photons) de la même manière que la lumière du soleil se diffuse à partir des gouttelettes d’eau dans les nuages », a déclaré la NASA. Au fil du temps, cependant, ces électrons libres ont rencontré des noyaux et créé des atomes neutres, ou des atomes avec des charges électriques positives et négatives égales.
Cela a permis à la lumière de briller enfin, environ 380 000 ans après le Big Bang.
Parfois appelée « rémanence » du Big Bang, cette lumière est plus précisément connue sous le nom de fond diffus cosmologique (CMB). Il a été prédit pour la première fois par Ralph Alpher et d’autres scientifiques en 1948, mais n’a été découvert que près de 20 ans plus tard.
Cette découverte s’est produite lorsque Arno Penzias et Robert Wilson, tous deux de Bell Telephone Laboratories dans le New Jersey, construisaient un récepteur radio en 1965 et ont relevé des températures plus élevées que prévu, selon la NASA. (S’ouvre dans un nouvel onglet). Au début, ils pensaient que l’anomalie était due à des pigeons essayant de se percher à l’intérieur de l’antenne et à leurs déchets, mais ils ont nettoyé le désordre et tué les pigeons. (s’ouvre dans un nouvel onglet) et l’anomalie a persisté.
Simultanément, une équipe de l’Université de Princeton dirigée par Robert Dicke essayait de trouver des preuves du CMB et réalisa que Penzias et Wilson étaient tombés dessus avec leurs étranges observations. Les deux groupes ont chacun publié des articles dans l’Astrophysical Journal en 1965.
https://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_tests_cmb.html
https://www.space.com/25126-big-bang-theory.html
https://home.cern/science/physics/early-universe