ou
du Big Bang aux galaxies
D’après les plus récentes théories, le début de l’Univers remonte à 15 milliards d’années environ. Il « explose » alors à partir du néant : le Big Bang.
Au
début l’Univers est comprimé dans un volume plus petit que
celui du noyau d’un atome et à une température inimaginablement
élevée.
En
moins de la fraction d’une seconde, il prend une grande expansion. Les
particules de matières y sont créées. En un éclair,
la dimension de l’Univers passe de celle du noyau d’un atome à celle
de la Terre. Il devient une mixture dense de particules exotiques (quarks
et antiquarks) et d’énergie rayonnante. Les quarks sont des particules
élémentaires portant chacun une charge fractionnaire.
Après
cela, l’expansion continue à un rythme constant et la température
de l’Univers diminue graduellement. Avant que son âge soit de un
dix millième de seconde, protons et antiprotons s’y forment. Des
particules de matières et d’antimatières apparaissent produites
spontanément par l’interaction des radiations. Elles s’annihilent
ensuite pour donner à nouveau de l’énergie rayonnante. Les
quarks s'unissent trois à trois sous l'action de l'interaction nucléaire
superforte pour constituer les nucléons, c'est-à-dire les
protons et les neutrons.
Formation du proton
Trois
quarks (2 quarks up (U) de charge +2/3 et 1 quark down (D) de charge -1/3)
s'unissent par l'interaction superforte pour former un proton :
Formation du neutron
Trois
quarks (2 quarks down (D) de charge -1/3 et 1 quark up (U) de charge +2/3)
s'unissent par l'interaction superforte pour former un neutron :
Après un dix millième de seconde, l’annihilation prend le
dessus sur la création. L'Univers est maintenant formé d'une
soupe de particules : protons, neutrons, électrons, photons, neutrinos...
Celles-ci s'entrechoquent dans d'inévitables collisions ; il y a
destruction d'entités et création de nouvelles particules.
Après
1 s, la température tombe à 10 milliards de degrés.
L’Univers devient dominé par l’énergie de rayonnement et
par les particules plus légères comme les électrons.
La température continue de baisser. Les électrons et les
particules semblables continuent à s’annihiler. Il faut alors mettre
une croix sur l'évolution « quarkienne » puisqu'il fait
trop froid. Peu à peu, on assiste à la désunification
des forces fondamentales de la Nature. C'est maintenant la force nucléaire
qui entre en action.
Après
3 minutes, des protons et des neutrons se combinent en différents
noyaux. On assiste alors à la formation des premiers noyaux atomiques.
Les nucléons s'unissent pour créer de l'hydrogène,
de l'hélium-4, du deutérium... c'est ce qu'on appelle la
« nucléosynthèse primordiale ». Quatre-vingt-dix
pour cent de l'hélium qui existe actuellement dans l'Univers provient
de cette genèse primordiale.
Formation d'un noyau d'hélium-4
Deux
protons et deux neutrons s'associent. L'hélium-4 est le noyau le
plus stable et le plus complexe à être issu de la nucléosynthèse
primordiale...
Dans les 300 000 années suivantes, peu de chose se produisent. L’Univers continue son expansion, la température de chuter. Il est comme une grosse soupe brillante de radiations et de particules. Les électrons ayant comme propriété d’arrêter les radiations, il se crée une sorte de brouillard. Cette intense activité nucléaire cesse à son tour, figée par la température qui poursuit inexorablement sa dégringolade...
Quand
la température atteind 3000 K, les réactions nucléaires
s'éteignent. L'Univers semble figé et statique. Pourtant,
la Nature n'a pas dit son dernier mot... Les électrons se mettent
à orbiter autour des protons et des noyaux d’hélium pour
créer des atomes sans que ces derniers soient détruits par
la chaleur. Le rayonnement peut alors parcourir de grandes distances à
travers l’Univers, les électrons s’attachant aux atomes et le brouillard
s’évanouissant. À 3000 K, un proton capte un électron
qui se met aussitôt en orbite autour de lui. Un photon est émis
au cours du processus. Un atome d'hydrogène vient de naître.
L'ère de l'électromagnétisme s'amorce. Il va donner
naissance aux atomes grâce à la mise en marche de la force
électromagnétique. Presque tous les noyaux s'habillent d'électrons.
On voit même l'union de certains atomes se concrétiser; c'est
la genèse des molécules les plus simples comme la molécule
d'hydrogène . Le ciel se vide des électrons errants qu'il
recelle, ce qui laisse de la place aux photons de lumière dès
lors capables de voyager. L'Univers devient transparent, puisque la lumière
y circule librement. Ce sont justement ces photons que l'on capte aujourd'hui,
dégénérés, et que l'on désigne sous
l'appellation de « rayonnement fossile » ou « rayonnement
du fond cosmologique » (RFC).
Naissance
d'une molécule d'hydrogène
Après
deux milliards d’années, les galaxies commencent à se former.
Là où il y a de légères déformations
dans la distribution de la matière, l’attraction gravitationnelle
entraîne la formation de grumeaux qui grossissent et deviennent plus
denses. L’Univers prend la forme d’une éponge. Les galaxies et les
groupes de galaxies se concentrent en filaments et en amas entourés
de vide.
Notre galaxie, la Voie Lactée ou La Galaxie, se forme dans un nuage
sphérique de gaz lorsque l’Univers atteind trois milliards d'années.
Les étoiles se forment par la suite dans les amas globulaires de
La Galaxie. Le reste du gaz se répartit en un disque autour d’une
excroissance centrale. Des bras spiraux se développent.
Le
rayonnement du fond cosmologique (RFC) a diminué jusqu’à
2,375 K et est détectable sous la forme de micro-ondes. Le satellite
Kobe en a trouvé la signature parfaite.
Les galaxies
On trouve trois sortes de galaxies dans l'Univers. Elles sont classées, selon leur forme, en elliptiques, spirales ou irrégulières.
Les bras des galaxies spirales peuvent avoir n’importe quelle forme, de
très serrée à très lâche comme le montre
les trois photos ci-dessous.
Sa Sb Sc
Galaxies spirales
Les bras de certaines spirales semblent sortir d’une barre au centre de
la galaxie plutôt que d’un noyau circulaire.
SBa SBb SBc
Galaxies spirales barrées
Au début de l’Univers, les galaxies étaient beaucoup plus
rapprochées que maintenant. Elles pouvaient entrer en collision
les unes avec les autres. C’est au cours de ces collisions que se créèrent
les bras spiraux. Deux galaxies qui font une collision frontale peuvent
donner une grosse galaxie unique comme résultat. Cela arrivera peut-être
à notre galaxie, la Voie Lactée, et à la galaxie Andromède
dans un futur lointain.
La Voie Lactée Andromède