Le Big bang !

Publié par Daniel Proust le

 

Du Big-bang aux galaxies – La jeunesse

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Rappelle-toi ! Dans les épisodes précédents nous avons étudié ce qu’est le Big-bang puis nous avons entrepris un voyage de plus de 15 milliards d’années lumière dans notre passé. Nous sommes passé d’un Univers obscur et froid à un univers ultra-brillant et très chaud.

 Quand nous nous sommes quitté, page précédente,  il restait quelques 10 millions d’années à parcourir, une bagatelle !

 Ah mais non ! Pas une bagatelle car plus l’espace va se contracter plus le temps va se distendre. Il va donc falloir que tu te prépares à un Marathon pour atteindre le bout du voyage.

 Mais y-a-t-il un bout ? Ça, c’est une bonne question ! En fait le temps qui nous reste à parcourir c’est comme un bâton que l’on casse en deux, à chaque fois le bâton restant est plus court …  mais il a toujours deux bouts !!!  On ne pourra donc jamais atteindre le temps zéro tout en l’approchant indéfiniment (ce temps zéro est appelé « singularité » comme la vitesse de la lumière ou le zéro Kelvin).

 Point de précipitation donc, délectons nous du voyage et des étapes et sachons qu’il n’y a pas de différence à voyager dans l’avenir de l’univers que dans son passé : le voyage est éternel.

 Allons-y !

 Entre reculant de  10 millions à 300 000 années, les galaxies disparaissent pour ne laisser qu’une soupe dont on ne peut rien discerner. La température du rayonnement est de 3 000 K et correspond à une densité d’énergie égale à la matière.

 Maintenant, l’Univers est dominé par le rayonnement et non plus par la matière, et ce, pour le reste du voyage. À 3 000 K, l’hydrogène peut être dissocié par les photons. Comme je l’ai mentionné précédemment, cette température correspond au découplage électromagnétique.

L’Univers est devenu d’un seul coup complètement opaque.

 Nous ne pourrons jamais observer un rayonnement provenant d’au delà de l’horizon des 300 000 années, c’est l’Horizon cosmogonique (à ne pas confondre à l’horizon cosmologique qui correspond à la distance à laquelle le fuite apparente des étoiles devient supérieure à celle de la lumièreè aucune lumière ne peut nous parvenir d’au delà de cet horizon d’environ 13 milliards d’années (selon la valeur de la constante d’Hubble).

  À une température supérieure, l’Univers est « thermalisé ». C’est-à-dire que les photons entre en équilibre avec la matière par des interactions de type

photon + hydrogène è proton + électron

 Quand nous allons atteindre la première seconde de l’Univers la température de l’univers va voisiner les 10 milliards de degrés. L’énergie est de 1 Million d’électrons-volts.

 C’est le moment où le rayonnement fossile de neutrinos a été émis. Comme je vous l’ai mentionné précédemment, ces particules existent aujourd’hui avec leurs antiparticules.

 Je sens que tu vas me demander pourquoi n’y a-t-il pas eu d’annihilation neutrinos-antineutrinos tout comme les électrons-positrons qui, eux, se sont annihilés ?

Et bien, je peux  te répondre que c’est parce que l’annihilation neutrinos-antineutrinos est gouvernée par l’interaction faible qui est de très courte portée comparativement à l’annihilation électrons-positrons qui implique l’interaction électromagnétique de portée infinie. Je t’en reparlerai, si tu es sage, dans un prochain chapitre ou l’on étudiera les fissures de la théorie du Big-Bang face à la théorie Quantique. Mais ne me pose plus de questions tu vas me faire perdre le fil de notre voyage.

Cette population de neutrinos, est un peu plus « froide » aujourd’hui à 1,9 K, que la population de photons à 2,7 K parce que les photons créés lors des annihilations électrons-positrons, ont réchauffé momentanément l’Univers.

Au fur et à mesure que l’on remonte le temps, que la température et donc l’énergie des photons augmente, un phénomène quantique et relativiste intervient. Quand l’énergie devient comparable à la masse d’une particule et de son antiparticule, des paires de ces particules-antiparticules apparaissent selon la fameuse équation E=mc². Ensuite, ces paires s’annihilent rapidement. Créations et annihilations surviennent à chaque instant, maintenant les populations de particules-antiparticules en nombres égaux. À 1 Milliard d’électrons-volts, l’énergie est largement suffisante pour que les électrons-positrons (tu vois bien que j’avais prévu d’en parler des positrons) entrent dans la scène de l’Univers. En fait, elle l’était aussi, quand nous avions passé le cap des 5 milliards de degrés.

Je voudrais prendre quelques lignes pour faire un petit brin d’explication pour la compréhension du texte. Quand tu liras qu’une telle particule entre dans « la scène de l’Univers », cela ne veut pas nécessairement signifier qu’elle n’y était pas auparavant. Imaginons plutôt qu’elle était en « coulisse » jusqu’à ce que ce soit le moment de son « scénario » dans la scène décrite.

 Après avoir parcouru 15 milliards d’années dans la première étape, nous venons de parcourir 10.000.000 d’années et 90 millièmes de secondes dans cette deuxième étape. Tu te dis que l’on pourrai quand même finir le voyage ici. Et bien non, même s’il ne nous reste qu’un dix millième de seconde à franchir je te promets une prochaine étape pleine de découvertes. Et je te conseille l’acquisition massive d’aspirine pour franchir les prochains obstacles dans les pages suivantes.