La naissance des mondes : + 380 000 ans : séparation de la lumière et de la matière
Dans les premiers instants de l’Univers, la lumière était intimement liée à la matière. Elle ne pouvait pas voyager dans l’espace, comme elle peut le faire à présent. Impossible d’imaginer un point lumineux visible de loin. Tout était trop dense et opaque, comme dans une sorte de brouillard à couper au couteau. Et puis, la densité diminuant au cours du temps, le brouillard s’est dissipé. L’Univers est devenu transparent. Cela s’est produit à une date d’environ 380 000 ans après le Big Bang. La température était alors d’environ 3 000 degrés. L’Univers était entièrement rouge…
La lumière existant à l’époque a commencé à voyager dans l’espace, sans plus subir d’interaction avec la matière. On la voit toujours, mais elle a bien changé. Au cours de son long voyage dans l’espace, sa longueur d’onde a augmenté en suivant l’expansion de l’Univers. Un rayonnement rouge dont la longueur d’onde augmente devient ainsi infrarouge, puis radioélectrique.
C’est ainsi que la lumière du Big Bang, devenue très faible, est à présent observée avec des radiotélescopes. Sa température, d’environ 3 000 degrés au départ, n’est plus que de 2,73 degrés. Découvert en 1965 par A. Penzias et G. Wilson, prix Nobel en 1978, ce rayonnement est étudié de plus en plus précisément par les scientifiques. Plusieurs satellites ont été envoyés dans l’espace dans ce but. Le premier, COBE, a permis d’y découvrir des fluctuations d’un cent millième de degré, prémices des grumeaux qui ont ensuite conduit à la formation des galaxies. Cette découverte a été récompensée par un deuxième prix Nobel en 2006 pour les concepteurs du satellite, George F. Smoot et John C. Mather.
Plus récemment, le satellite américain WMAP a pu mesurer ces fluctuations d’une manière beaucoup plus précise. Leur étude a permis deux avancées importantes dans la compréhension de l’Univers primordial. Tout d’abord elle a prouvé que l’Univers n’a pas de « courbure » particulière, ce qui signifie que l’espace, dans sa globalité, se comporte de la manière la plus simple possible, selon la géométrie « euclidienne » que les enfants apprennent à l’école. Toutes les théories plus compliquées, impliquant des géométries dites « riemanniennes », en accord avec la relativité générale d’Albert Einstein, sont tombées d’un coup. Ainsi, l’idée que l’Univers pourrait un jour se recontracter et donner un « Big Crunch », implosion inverse du Big Bang, est à présent exclue. Ce résultat fondamental présente un corollaire de la plus haute importance : pour que l’Univers se comporte selon une géométrie euclidienne, il est nécessaire que sa densité ait exactement une valeur dite « critique».
Le deuxième résultat important obtenu avec le satellite WMAP concerne la densité de matière, du type de celle qui nous constitue, ainsi que notre environnement visible. Il s’agit ici de la même densité de matière que celle mesurée grâce à la formation des éléments primordiaux (voir ci-dessus). Les deux méthodes, totalement indépendantes, donnent précisément un résultat identique. La valeur de cette densité de matière correspond à seulement 4 % de la densité critique.
En conséquence, la matière dont nous sommes faits et qui compose l’ensemble du monde que nous connaissons ne représente que 4 % de tout ce qui existe dans l’Univers. Le reste est constitué d’un ou plusieurs types de matière ou d’énergie encore inconnus pour nous. La recherche de cette « matière manquante » et de l’énergie inconnue représente l’un des sujets de pointe de l’époque contemporaine pour les astrophysiciens et les physiciens des particules. En ce sens, le grand accélérateur du CERN, le LHC, est source d’espoir de découvertes majeures pour la communauté scientifique mondiale.
Vidéo : La naissance des mondes : + 380 000 ans : séparation de la lumière et de la matière
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