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L’histoire de l’Univers

Nous savons aujourd’hui reconstituer de manière assez détaillée l’histoire de notre système solaire et de l’Univers. Son expansion et le big bang sont attestés par un certain nombre de preuves. Quant à l’avenir de l’Univers, il est loin d’être établi, et on sait tout juste prédire quelle sera la fin du système solaire.

La naissance du système solaire

Une des images fournies par le télescope spatial Hubble représente trois colonnes qui se dressent sur un fond bleu sombre, vivement éclairées par l’arrière : des étoiles sont en train de naître ! Ce phénomène nous renvoie 4,6 milliards d’années en arrière, lorsqu’une autre jeune étoile est née, dans un bras d’une vaste galaxie spirale, à la suite de l’explosion d’une supernova voisine.

Bientôt apparurent, dans le large disque de poussières et de gaz qui tournait autour d’elle, des petites boules de matière, des planétésimaux, qui grossissaient en avalant les poussières qu’elles rencontraient.

Ces petites sphères gonflèrent jusqu’à donner huit grosses boules, dont les quatre plus proches de l’étoile, violemment chauffées par son rayonnement, perdirent par évaporation une grande partie de leurs constituants légers, essentiellement l’hydrogène et l’hélium.

Les quatre autres planètes, beaucoup plus éloignées de la jeune étoile, demeurèrent de grosses boules gazeuses ceintes d’anneaux et entourées d’une multitude de satellites. Le système solaire était né.

Décrypter l'Univers lointain (1), P. Léna

Vidéo : Décrypter l'Univers lointain (1), P. Léna

L'observation de l'Univers lointain permet de remonter jusqu'à l'époque de sa formation. Pour en savoir plus, Pierre Léna, astrophysicien et directeur de l'École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France, répond à quelques questions concernant la quête scientifique des "... 

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La naissance de l’Univers

Les objets proches racontent le passé immédiat, quelques années pour les étoiles voisines, quelques dizaines de milliers d’années pour le cœur de la Voie lactée, etc… La lumière provenant des objets les plus lointains fut émise il y a 13 milliards d’années (temps qu’il lui a fallu pour parcourir la distance de l’objet à la Terre). Or elle porte le témoignage de l’état de l’Univers dans sa prime jeunesse. Entre les deux, toutes les étapes existent et sont consultables.

Outre leur éloignement et leur âge, les objets lointains donnent une autre information : ils s’éloignent de nous à une vitesse d’autant plus grande qu’ils sont plus loin. Cette conclusion résulte de l’observation du décalage vers le rouge par effet Doppler de leur lumière, phénomène fondamental découvert par Edwin Hubble en 1929.

Si, actuellement, tous les objets de l’Univers s’éloignent les uns des autres, ils ont dû être assemblés dans un passé fini, et il suffit d’inverser le mouvement par la pensée pour déterminer le moment correspondant à cette situation.

C’est ainsi qu’est née l’idée du big bang, instant zéro de l’Univers, où tous les constituants actuels, connus et inconnus, étaient regroupés dans un état de densité gigantesque, fusionnant la matière, l’énergie et le rayonnement.

Les preuves

L’affirmation de cette origine aurait pu n’être que l’énoncé d’un dogme philosophique ou religieux. Aujourd’hui, c’est un fait scientifique, attesté par plusieurs preuves indéniables ainsi que par la cohérence interne du modèle.

Depuis 1929, les méthodes d’estimation des distances se sont considérablement affinées, et la loi de Hubble se vérifie parfaitement, dans toutes les directions, à toutes les distances, à tel point qu’il est possible de dater très précisément le big bang à 13,7 milliards d’années.

Nos connaissances en physique des particules nous permettent de construire un enchaînement d’événements allant de l’état primitif initial jusqu’à la distribution de la matière et de l’énergie dans un Univers déjà dispersé. On sait prédire la composition de cet Univers jeune, en particulier les proportions relatives des atomes qui le composaient, essentiellement hydrogène et hélium, et cette proportion coïncide exactement avec celle qu’on a mesurée.

Le passage de la « soupe » primitive très chaude et dense à l’Univers dispersé actuel s’est fait par une série d’étapes où les constituants se sont séparés les uns des autres. Ainsi, le modèle du big bang prédit qu’au moment où la température est devenue inférieure à 3 000 kelvins, la matière et le rayonnement se sont dissociés.

Depuis lors, le rayonnement a évolué de façon autonome, en gardant une marque de son origine. Actuellement, il nous baigne en permanence, et il a été observé exactement tel qu’on l’attendait. C’est le fond diffus cosmologique, correspondant à une température de 2,73 kelvins, dont les légères fluctuations nous donnent une image du cosmos au moment de la séparation entre rayonnement et matière, quand l’Univers avait à peine 3 [...]

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« UNIVERS (notions de base) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 11 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/univers-notions-de-base/