Interprétation artistique du Big Bang, avec des représentations de l’univers primitif et de son expansion.
Cette théorie cosmologique dominante suggère que l’Univers a commencé il y a près de 13,7 milliards d’années, se développant rapidement à partir d’un état très dense et incroyablement chaud. Finalement, les étoiles se sont enflammées et les galaxies se sont lentement formées.
La théorie du Big Bang a été développée et avancée en particulier par le biais des missions Cosmic Background Explorer (COBE) et WMAP de la NASA. Cette animation conceptualise ces débuts explosifs de l’Univers.
Ce n’est pas le début de l’Univers comme on le dit souvent, car on ne sait pas ce qu’il y avait avant (ni même s’il y avait un avant).
Le Big Bang est une théorie scientifique en partie confirmée par certaines observations astronomiques. Si on sait que l’univers était initialement chaud et très dense, la théorie ne dit pas ce qui est à l’origine du Big Bang.
Cet instant marque le début de la dilatation et de l’expansion de l’Univers.
Le Big Bang n’est pas une explosion : c’est la totalité de l’espace qui se dilate, et il n’est pas contenu dans un autre espace plus grand.
Le terme Big Bang a été utilisé pour la première fois en 1950. Au début, c’est un physicien, Fred Hoyle, qui a créé ce terme pour se moquer de cette nouvelle théorie cosmologique. Ce physicien croyait, comme beaucoup d’autres scientifiques de cette époque, que l’Univers avait toujours été le même.
Aucune observation ne permet de savoir directement ce qui s’est passé il y a 13,8 milliards d’années mais on peut quand même observer certains phénomènes qui se sont produits 380 000 ans après le Big Bang.
Une brève Histoire de l’Univers
Le Big-Bang et les 380 000 premières années de l’Univers d’après le modèle standard de la cosmologie
et le livre « Les voies de la lumière » de Mr. Trinh Xuan Thuan
T = 0 environ = – 14 milliards d’ années
note : 14 milliards d’années => environ 10 puissance 17 secondes
Age de Planck
10 – 43 s = Temps de Planck
Taille de l’ Univers 10 – 35 m (longueur de Planck)
Température = 10 puissance 32 ° K
Densité = 10 puissance 95 kg /m3
= 100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 kg/m3
Pas de matière pas de lumière mais un champs quantique de Higgs
Celui ci est dans un état « super refroidi » ce qui entraine une gravité répulsive
La pression négative serait due à des fluctuations violentes du champs de Higgs bloqué à une énergie positive alors qu’il tend à avoir une énergie nulle.
La gravitation, qui était jusque là unifiée aux trois autres interactions, se dissocie.
L’Univers est dans un état de vide quantique.
Agité par de très fortes fluctuations ,d’une énergie fabuleuse , ce vide quantique provoque d ‘innombrables successions de créations et de disparitions de particules et d’antiparticules virtuelles éphémères (d’une durée de vie qui se mesure en milliardième de milliardième de seconde )
Age de la Grande Unification ( de 10 -43 s à 10- 35S)
Taille 10 puissance -24 cm
Température = 10 puissance 27 ° K
Densité =10 puissance 75 kg/m3
Naissance de particules très massives => masse noire de l Univers ?
A la fin de cette période, l’interaction (ou force ) électronucléaire se sépare en une interaction forte et une interaction électrofaible (interaction faible + interaction électromagnétique )
Formations de très nombreuses paires de particules matière – antimatière qui s’annihilent quasi instantanément.
Brisure de symétrie matière antimatière (Sakharov) .
Pour 1 milliard d’antiquarks il y a 1 milliard +1 quarks .
Pareil pour les électrons
Entre 10- 35s et 10-32s : Période de l’ Inflation :
L’ Univers s’agrandit au minimum de 10 puissance 50 fois dans toute les directions.
(cela correspond à taille qui sépare le noyau d’un atome de celle d’un super amas de galaxie)
Le volume de l’Univers est multiplié par 10 puissance 150 en une fraction infinitésimale de temps .
Note : cet agrandissement de l’espace se fait à une vitesse très très supérieure à celle de la la lumière
A la fin de la phase inflationnaire les différentes régions de l’Univers ne sont plus en contact les une avec les autres.
Ensuite l’Univers se dilatera encore de 10 puissance 27 fois jusqu’ aujourd’hui
Le flou quantique est à l’origine de l’inflation .
Les amplifications des fluctuations quantiques ont une taille qui peut aller jusqu’ à 10 milliards de km (100 fois la taille du système solaire).
Elles ont été détectées par les satellites COBE et WMAP.
10 puissance 78g/cm3
10 puissance 27 g/cm3
A la fin de l’inflation l’ énergie du champs libéré en lumière va donner naissance à toute la matière
Photon énergétique => particule + antiparticule
Phase des hadrons (fort) de 10 – 32 à 10- 4 seconde
Densité= 10 puissance 16 kg/m3
Température = 1000 milliard de ° K =10 puissance 12 K .
A cette énergie la création des protons et des neutrons n’est plus possible
Population actuelle de photons = 10 puissance 89 ( un milliard de fois supérieure à la population de protons + neutrons )
Age leptonique (léger) de 10 puissance -4s à 100 s
A la première demi seconde découplage des neutrinos du reste de la purée universelle
car il n’interagissent avec la matière que par la force faible dont le rayon d’action est de 10 puissance -13 cm
( note : il existe 10 fois moins de neutrinos que de photons)
Destruction quasi totale de l’antimatière
A une seconde
Densité de l’Univers = 10 puissance 8 kg/m3 (100 000 fois la densité de l’eau)
il n’est plus possible de faire des électrons
Durée de vie des neutrons libres = 1/4 d’heure
A la centième seconde
Densité = 10 000 kg/m3 (10 fois la densité de l’eau)
Température = 1 milliard de degré K
Age nucléaire = âge de la nucléosynthèse primordiale (de 100 s à 2500 ans)
2 mn après le big bang les deutérons deviennent stables
deutéron = noyau d’ hélium
A la millième seconde
T= 300 millions de ° K
La composition de l’Univers en matière est quasiment fixé.
Pour 100 000 protons il existe deux noyaux de deutérium
Pour 10 000 milliards de protons deux noyaux de lithium 7 (3 protons et 4 neutrons)
1 noyau d’ hélium pour 12 protons
1000 seconde quasi fin de la nucléosynthèse primordiale
Quasi utilisation de tous les neutrons libre de l’univers
L’ère de la lumière correspond au 2500 premières années de l’Univers
Au début de l’univers la quasi totalité de l’énergie est sous forme de lumière ,
à partir de 2500 ans la densité d’énergie sous forme de matière est équivalente à la densité de lumière sous forme d’énergie et va depuis prédominer.
Apparition d’une purée de matière (quarks électrons ) en des cycles infernaux de vie et de mort des particules issues de la lumière (photons gamma) qui s’entremêlent avec le bain de lumière
> pour créer un proton il faut une énergie de 12 milliards de ° K
> pour créer un électron il faut une énergie de 6 milliards de ° K
Aujourd’hui la densité de matière dans l’Univers = 2,4 10 puissance -27 Kg/m3
est 4800 fois plus grande que la densité de lumière 5 .10 puissance -31 kg/m3)
A la fin de l’âge de la lumière
Densité = 10-13 kg/m3
T = 60 000 degré K
Actuellement la densité de matière est 4800 fois plus grande que la densité de lumière ( 10 puissance -31 kg/m3)
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380 000 ans : Découplage lumière – matière due à la formation des atomes
Les photons n’on plus assez d’énergie pour casser les atomes – les électrons se trouvent confinés dans les atomes.
La formation des atomes d’ hydrogène et de l’hélium an capturant les électons e laisse ainsi la voie libre à la lumière
T = 3000 ° K
Densité = 10-18 kg/m3 (un milliards de fois plus qu’aujourd’hui)
A partir de cette date, l’ Univers devient observable car les photons extrais de leurs collisions incessantes avec la matière peuvent maintenant voyager librement dans l’espace à la vitesse de 300 000 km/s
Ce sont ces photons qui nous arrivent maintenant sous forme d ‘un rayonnement cosmique micro ondes
Leur dernière interaction avec la matière a eu lieu à T = 380 000 ans
