L’univers est né avec le Big Bang comme un point inimaginablement chaud et dense. Lorsque l’univers n’avait que 10-34 de seconde environ – c’est-à-dire un centième de milliardième de trillionième de seconde d’âge – il a connu une incroyable poussée d’expansion connue sous le nom d’inflation, au cours de laquelle l’espace lui-même s’est étendu plus vite que la vitesse de la lumière. Au cours de cette période, l’univers a doublé de taille au moins 90 fois, passant de la taille subatomique à la taille d’une balle de golf presque instantanément.
Le travail qui permet de comprendre l’expansion de l’univers provient d’une combinaison de physique théorique et d’observations directes par les astronomes. Cependant, dans certains cas, les astronomes n’ont pas été en mesure de voir des preuves directes – comme dans le cas des ondes gravitationnelles associées au fond diffus cosmologique, le rayonnement résiduel du Big Bang. Une annonce préliminaire sur la découverte de ces ondes en 2014 a été rapidement rétractée, après que les astronomes ont constaté que le signal détecté pouvait être expliqué par la poussière dans la Voie lactée.
Selon la NASA, après l’inflation, la croissance de l’univers a continué, mais à un rythme plus lent. Alors que l’espace s’étendait, l’univers s’est refroidi et la matière s’est formée. Une seconde après le Big Bang, l’univers était rempli de neutrons, protons, électrons, anti-électrons, photons et neutrinos.
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Pendant les trois premières minutes de l’univers, les éléments légers sont nés au cours d’un processus appelé nucléosynthèse du Big Bang. Les températures se sont refroidies, passant de 100 non-millions (1032) de kelvins à 1 milliard (109) de kelvins, et les protons et les neutrons sont entrés en collision pour former du deutérium, un isotope de l’hydrogène. La plupart du deutérium s’est combiné pour donner de l’hélium, et des traces de lithium ont également été générées.
Pendant les quelque 380 000 premières années, l’univers était essentiellement trop chaud pour que la lumière brille, selon le Centre national d’études spatiales (CNES) français. La chaleur de la création a écrasé les atomes avec suffisamment de force pour les briser en un plasma dense, une soupe opaque de protons, de neutrons et d’électrons qui diffusait la lumière comme un brouillard.
Environ 380 000 ans après le Big Bang, la matière s’est suffisamment refroidie pour que les atomes se forment à l’ère de la recombinaison, ce qui a donné un gaz transparent et électriquement neutre, selon la NASA. Cela a déclenché le flash initial de lumière créé lors du Big Bang, qui est détectable aujourd’hui sous forme de rayonnement de fond cosmologique. Cependant, après ce point, l’univers a été plongé dans l’obscurité, car aucune étoile ou tout autre objet lumineux ne s’était encore formé.
Environ 400 millions d’années après le Big Bang, l’univers a commencé à sortir de l’âge sombre cosmique pendant l’époque de la réionisation. Au cours de cette période, qui a duré plus d’un demi-milliard d’années, des amas de gaz se sont suffisamment effondrés pour former les premières étoiles et galaxies, dont la lumière ultraviolette énergétique a ionisé et détruit la majeure partie de l’hydrogène neutre.
Bien que l’expansion de l’univers ait progressivement ralenti à mesure que la matière de l’univers tirait sur elle-même via la gravité, environ 5 ou 6 milliards d’années après le Big Bang, selon la NASA, une force mystérieuse aujourd’hui appelée énergie sombre a recommencé à accélérer l’expansion de l’univers, un phénomène qui se poursuit aujourd’hui.
Un peu plus de 9 milliards d’années après le Big Bang, notre système solaire est né.
Le Big Bang
Le Big Bang ne s’est pas produit comme une explosion de la manière habituelle dont on pense à ce genre de choses, malgré ce que l’on pourrait comprendre de son nom. L’univers ne s’est pas étendu dans l’espace, car l’espace n’existait pas avant l’univers, selon la NASA Au contraire, il vaut mieux penser au Big Bang comme à l’apparition simultanée de l’espace partout dans l’univers. L’univers ne s’est pas étendu à partir d’un seul endroit depuis le Big Bang – au contraire, l’espace lui-même s’est étiré et a entraîné la matière avec lui.
Puisque l’univers, par sa définition, englobe tout l’espace et le temps tels que nous les connaissons, la NASA affirme qu’il est au-delà du modèle du Big Bang de dire en quoi l’univers s’étend ou ce qui a donné lieu au Big Bang. Bien qu’il existe des modèles qui spéculent sur ces questions, aucun d’entre eux n’a encore fait de prédictions testables de manière réaliste.
En 2014, des scientifiques du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ont annoncé qu’ils avaient trouvé un faible signal dans le fond diffus cosmologique qui pourrait être la première preuve directe d’ondes gravitationnelles, elles-mêmes considérées comme une « preuve irréfutable » du Big Bang. Les conclusions ont été vivement débattues, et les astronomes se sont rapidement rétractés lorsqu’ils ont réalisé que la poussière dans la Voie lactée pouvait expliquer leurs résultats. ondulations mystérieuses
Age
L’univers est actuellement estimé à environ 13,8 milliards d’années, à 130 millions d’années près. En comparaison, le système solaire n’a que 4,6 milliards d’années environ.
Cette estimation provient de la mesure de la composition de la matière et de la densité d’énergie dans l’univers. Cela a permis aux chercheurs de calculer la vitesse d’expansion de l’univers dans le passé. Grâce à ces connaissances, ils ont pu remonter le temps et extrapoler le moment où le Big Bang s’est produit. Le temps écoulé entre cette époque et aujourd’hui est l’âge de l’univers.
Structure
Les scientifiques pensent que dans les premiers instants de l’univers, il n’y avait pas de structure à proprement parler, la matière et l’énergie étant distribuées de manière presque uniforme dans tout l’univers. Selon la NASA, l’attraction gravitationnelle de petites fluctuations de la densité de la matière à cette époque a donné naissance à la vaste structure en forme de toile d’étoiles et de vide que l’on voit aujourd’hui. Les régions denses attiraient de plus en plus de matière par gravité, et plus elles devenaient massives, plus elles pouvaient attirer de matière par gravité, formant des étoiles, des galaxies et des structures plus grandes connues sous le nom d’amas, de superamas, de filaments et de murs, avec des « grands murs » de milliers de galaxies atteignant plus d’un milliard d’années-lumière de longueur. Les régions moins denses n’ont pas grandi, évoluant en zone d’espace apparemment vide appelée vide.
Contenu
Jusqu’à il y a environ 30 ans, les astronomes pensaient que l’univers était composé presque entièrement d’atomes ordinaires, ou « matière baryonique », Selon la NASA. Cependant, récemment, des preuves toujours plus nombreuses suggèrent que la plupart des ingrédients qui composent l’univers se présentent sous des formes que nous ne pouvons pas voir.
Il s’avère que les atomes ne représentent que 4,6 pour cent de l’univers. Sur le reste, 23 pour cent sont constitués de matière noire, qui est probablement composée d’une ou plusieurs espèces de particules subatomiques qui interagissent très faiblement avec la matière ordinaire, et 72 pour cent sont constitués d’énergie noire, qui est apparemment le moteur de l’expansion accélérée de l’univers.
En ce qui concerne les atomes qui nous sont familiers, l’hydrogène en constitue environ 75 %, tandis que l’hélium en constitue environ 25 %, les éléments plus lourds ne représentant qu’une infime partie des atomes de l’univers, selon la NASA.
Forme
La forme de l’univers et son étendue finie ou infinie dépendent de la lutte entre le taux de son expansion et la traction de la gravité. La force de la traction en question dépend en partie de la densité de la matière dans l’univers.
Si la densité de l’univers dépasse une valeur critique spécifique, alors l’univers est « fermé » et « incurvé positif » comme la surface d’une sphère. Cela signifie que des faisceaux lumineux initialement parallèles vont converger lentement, finir par se croiser et revenir à leur point de départ, si l’univers dure suffisamment longtemps. Si tel est le cas, selon la NASA, l’univers n’est pas infini mais n’a pas de fin, tout comme la surface d’une sphère n’est pas infinie mais n’a pas de début ni de fin à proprement parler. L’univers finira par cesser son expansion et commencera à s’effondrer sur lui-même, ce que l’on appelle le « Big Crunch ».
Si la densité de l’univers est inférieure à cette densité critique, alors la géométrie de l’espace est « ouverte » et « négativement incurvée » comme la surface d’une selle. Si c’est le cas, l’univers n’a pas de limites et s’étendra éternellement.
Si la densité de l’univers est exactement égale à la densité critique, alors la géométrie de l’univers est « plate » avec une courbure nulle comme une feuille de papier, selon la NASA. Si c’est le cas, l’univers n’a pas de limites et s’étendra à l’infini, mais le taux d’expansion s’approchera progressivement de zéro après un temps infini. Des mesures récentes suggèrent que l’univers est plat avec seulement une marge d’erreur de 2 %.
Il est possible que l’univers ait une forme globalement plus compliquée tout en semblant posséder une courbure différente. Par exemple, l’univers pourrait avoir la forme d’un tore, ou d’un beignet.
Univers en expansion
Dans les années 1920, l’astronome Edwin Hubble a découvert que l’univers n’était pas statique. Au contraire, il était en expansion ; une découverte qui a révélé que l’univers était apparemment né dans un Big Bang.
Par la suite, on a longtemps pensé que la gravité de la matière dans l’univers était certaine de ralentir l’expansion de l’univers. Puis, en 1998, les observations de supernovae très lointaines par le télescope spatial Hubble ont révélé qu’il y a très longtemps, l’univers était en expansion plus lente qu’aujourd’hui. En d’autres termes, l’expansion de l’univers ne ralentissait pas en raison de la gravité, mais s’accélérait inexplicablement. Le nom de la force inconnue à l’origine de cette expansion accélérée est l’énergie noire, et elle reste l’un des plus grands mystères de la science.
Rapports supplémentaires de Nola Taylor Redd et Elizabeth Howell, contributrices de Space.com.
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