Le Big Bang
La théorie du Big Bang est celle qui, aujourd’hui, rend compte de la façon la plus satisfaisante de l’ensemble des
faits d’observation de la cosmologie. Elle trouve notamment son origine dans les travaux successifs des
scientifiques Friedmann (1922), Lemaître (1927), Hubble (1929) et Gamow (1950)
Le Big Bang, événement assimilable à une gigantesque expansion (on parle parfois de l’explosion primordiale),
serait à l’origine de l’Univers tel que nous l’observons. L’histoire de l’Univers peut se résumer en quatre étapes
principales :
1. L’ère particulaire qui dure une seconde, la « seconde primitive » …
– la température baisse de 10 32 K à 10 9 K
– inflation (expansion)
– particules et antiparticules (quarks et antiquarks, etc)
– préférence pour la matière sur l’antimatière
– singularisation des 4 forces fondamentales (gravitation, électromagnétique, nucléaire faible et forte)
On a coutume d’appeler ère hadronique celle qui correspond au premier millionième de seconde après le Big
Bang, pendant laquelle les quarks et les hadrons dominaient la physique de l’Univers, et ère leptonique tout le
reste de la première seconde, pendant lequel la température de l’Univers est passée de 10 12 K à 10 9 K.
2. L’ère nucléaire qui correspond à environ 100 secondes, les premières minutes …
– la température baisse de 10 9 K à 10 7 K
– premiers noyaux légers (assemblage de protons et neutrons) = nucléosynthèse primordiale
– noyaux d’hydrogène et d’hélium
– la plus grande partie de la matière est formée de particules « exotiques », invisibles
3. L’ère radiative et matérielle qui dure 300’000 ans …
– 10’000 ans : la température reste supérieur à 10 5 K
– l’énergie de l’Univers est transmise principalement par le rayonnement
– 290’000 ans : la température baisse jusqu’à 10 4 K
– l’énergie devient matière ; les premiers atomes légers se forment (hydrogène)
– l’Univers est opaque, les photons sont absorbés par les électrons
– les grumeaux de matière s’épaississent
4. L’ère stellaire, qui recouvre notre époque, et qui dure depuis 15 milliards d’années
– la température baisse de 10 4 K à 10 K
– les électrons cessent d’être libres et la matière passe de l’état ionisé à l’état « atomique »
– l’Univers devient visible (transparent)
– étoiles et galaxies apparaissent
La théorie du Big Bang repose notamment sur 4 faits observables :
a) la noirceur du ciel (paradoxe de Loys de Cheseaux et Heinrich Olbers) qui indique que l’Univers n’est pas uniformément rempli d’étoiles et donc qu’il n’est pas infini ; l’Univers a donc un début !
b) la fuite des galaxies (Shapley et Hubble) qui montre que l’Univers est en expansion, que tout l’Univers se dilate ; plus une galaxie est distante de nous, plus sa vitesse de fuite est grande (constante de Hubble)
c) le rayonnement cosmologique ou rayonnement fossile (Penzias et Wilson) résultant du Big Bang et que l’on trouve aujourd’hui uniformément réparti dans tout l’Univers ( 2,7 K )
d) les abondances d’éléments légers, comme l’hydrogène, présents notamment dans la matière interstellaire et qui résultent non pas de la nucléosynthèse stellaire mais de la synthèse primordiale (Big Bang)
Sources Le grand livre du Ciel, Ed. Bordas ; Cours d’astronomie, G. Burki, UNI-Genève, AE / 01.13
Dictionnaire de l’Astronomie et de l’Espace, Ed. Larousse.