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AstrophysiqueD�finition sous licence CC-BY-SA 3.0
Big Bang rayonnement �lectromagn�tique nucl�osynth�se primordiale spectre �lectromagn�tique �nergie �lectromagn�tique Tweeter
Chronologie du Mod�le standard de la cosmologie Cosmologie quantique (?) �re de Planck (?) Inflation cosmique Pr�chauffage R�chauffage �re de grande unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus...) Baryog�n�se Transition �lectro-faible D�couplage des neutrinos Annihilation �lectrons-positrons Nucl�osynth�se primordiale (En 1948, l'astronome anglais Fred Hoyle d�veloppe une th�orie selon laquelle les �l�ments chimiques se forment dans les �toiles. Cette th�orie, appel�e nucl�osynth�se stellaire,...) Transition mati�re-rayonnement D�couplage du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) Formation des grandes structures Formation des galaxies R�ionisation Acc�l�ration (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui indique la modification affectant...) de l'expansion Destin de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) Disciplines concern�es Gravit� quantique (La gravit� quantique est la branche de la physique th�orique tentant d'unifier la m�canique quantique et la relativit� g�n�rale.) Physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui �tudie les constituants �l�mentaires de la mati�re et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi...) Relativit� g�n�rale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la...) Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...) Le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...)[1] d�signe l’�poque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’ann�es, ainsi que l’ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) des mod�les cosmologiques qui la d�crivent, sans que cela pr�juge de l’existence d’un "�instant initial�" ou d’un commencement � son histoire. Cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employ� dans plusieurs domaines et principalement en physique :) marquant le d�but de la dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionn� par son r�chauffement, g�n�ralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation � pression constante ou maintien du volume et...) et de l’expansion de l’univers, abusivement compar� � une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...), a �t� d�sign�e pour la premi�re fois, et ce de fa�on assez d�daigneuse, sous ce terme de Big Bang par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui...) anglais Fred Hoyle lors d’un programme radio de la BBC, The Nature of Things (litt�ralement "�La nature des choses�"), dont le texte fut publi� en 1950. Hoyle ne d�crivait pas la th�orie (Le mot th�orie vient du mot grec theorein, qui signifie � contempler, observer, examiner �. Dans le langage courant, une th�orie est une id�e ou une connaissance sp�culative, souvent bas�e sur l’observation...), mais se moquait du concept car il proposait un autre mod�le cosmologique, aujourd’hui abandonn�, la th�orie de l’�tat stationnaire, dans lequel l’univers n’a pas connu de phase dense et chaude. Malgr� ce c�t� initialement m�prisant, l’expression est rest�e et a perdu sa connotation p�jorative et ironique pour devenir le nom scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre � l'�tude d'une science ou des sciences et qui se consacre � l'�tude d'un domaine avec la rigueur et les m�thodes scientifiques.) et vulgaris� de l’�poque d’o� est issu l’univers tel que nous le connaissons. Le terme de Big Bang chaud (Hot Big Bang) est encore parfois utilis� pour souligner le fait que le mod�le pr�dit que l’univers �tait plus chaud quand il �tait plus dense. Il se r�f�re au concept de Big Bang d�crit ci-dessous. Le qualificatif de "�chaud�" �tait parfois ajout� car le fait que l’on puisse associer une notion de temp�rature (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) � l’univers dans son ensemble n’�tait pas encore bien compris au moment o� le mod�le a �t� propos� au milieu du XXe�si�cle. Introduction Selon le mod�le du Big Bang, l’univers actuel a �merg� d’un �tat extr�mement dense et chaud il y a environ 13 milliards et demi d’ann�es. La d�couverte de la relativit� g�n�rale par Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui fut...) en 1915 marque le d�but de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) moderne, o� il devient possible de d�crire l’univers dans son ensemble comme un syst�me physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...), son �volution � grande �chelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une...) �tant d�crite par la relativit� g�n�rale. Einstein est d’ailleurs le premier � utiliser sa th�orie fra�chement d�couverte pour proposer une solution issue de la relativit� g�n�rale d�crivant l’espace dans son ensemble, appel�e univers d’Einstein. Ce mod�le introduit un concept extr�mement audacieux pour l’�poque, le principe cosmologique, qui stipule (En botanique, les stipules sont des pi�ces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles r�duites situ�e de part et d'autre du p�tiole, � sa base, au point...) que l’Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé...) n’occupe pas de position privil�gi�e dans l’univers, ce qu’Einstein traduit par le fait que l’univers soit homog�ne et isotrope, c’est-�-dire semblable � lui-m�me quels que soient le lieu et la direction dans laquelle on regarde. Cette hypoth�se �tait relativement hardie car � l’�poque aucune observation (L’observation est l’action de suivi attentif des ph�nom�nes, sans volont� de les modifier, � l’aide de moyens d’enqu�te et d’�tude appropri�s. Le plaisir...) concluante ne permettait d’affirmer l’existence d’objet (De mani�re g�n�rale, le mot objet (du latin objectum, 1361) d�signe une entit� d�finie dans un espace � trois dimensions, qui a une fonction pr�cise, et qui peut �tre...) ext�rieur � la Voie Lact�e (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se...), bien que le d�bat (Un d�bat est une discussion (constructive) sur un sujet, pr�cis ou de fond, annonc� � l'avance, � laquelle prennent part des individus ayant des avis, id�es, r�flexions ou opinions divergentes pour le sujet...) sur cette question existe d�s cette �poque. Au principe cosmologique, Einstein ajoute une autre hypoth�se qui para�t aujourd’hui nettement moins justifi�e, celle que l’univers est statique (Le mot statique peut d�signer ou qualifier ce qui est relatif � l'absence de mouvement. Il peut �tre employ� comme :), c’est-�-dire n’�volue pas avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). L’avenir lui donne tort, car dans les ann�es 20, Edwin Hubble (Le t�lescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un t�lescope en orbite � environ 600 kilom�tres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nomm� en l'honneur de...) d�couvre la nature extragalactique de certaines "�n�buleuses�" (aujourd’hui appel�es galaxies), puis leur �loignement de la Galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux...) avec une vitesse (On distingue :) proportionnelle � leur distance (c’est la loi de Hubble). D�s lors, plus rien ne justifie l’hypoth�se d’un univers statique postul�e par Einstein. Avant m�me la d�couverte de Hubble, plusieurs physiciens dont Willem de Sitter, Georges Lema�tre et Alexandre Friedmann d�couvrent d’autres solutions de la relativit� g�n�rale d�crivant un univers en expansion. Leurs mod�les sont alors imm�diatement accept�s d�s la d�couverte de l’expansion de l’univers. Ils d�crivent ainsi un univers en expansion depuis plusieurs milliards d’ann�es. Par le pass� (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps...), celui-ci �tait donc plus dense et plus chaud. Big Bang ou �tat stationnaire�? La d�couverte de l’expansion de l’univers prouve que celui-ci n’est pas statique, mais laisse place � plusieurs interpr�tations possibles�: soit il y a conservation de la mati�re (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) (hypoth�se a priori la plus r�aliste), et donc dilution (La dilution est un procédé consistant à obtenir une solution finale de concentration inférieure que celle de départ, soit par ajout de solvant, soit par prélèvement d'une partie de la solution et en...) de celle-ci dans le mouvement d’expansion, et dans ce cas l’univers �tait plus dense par le pass�: c’est le Big Bang�; soit on peut imaginer � l’inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) que l’expansion s’accompagne d’une cr�ation (voire d’une disparition) de mati�re. Dans ce cadre l�, l’hypoth�se la plus esth�tique est d’imaginer un ph�nom�ne de cr�ation continue (La th�orie de l'�tat stationnaire est un mod�le cosmologique propos� � la fin des ann�es 1940 par Fred Hoyle, Thomas Gold et Hermann Bondi, supposant que l'univers est �ternel et immuable. Ce mod�le est aujourd'hui...) de mati�re contrebalan�ant exactement sa dilution par l’expansion. Un tel univers serait alors stationnaire. Dans un premier temps, c’est cette seconde ( Seconde est le f�minin de l'adjectif second, qui vient imm�diatement apr�s le premier ou qui s'ajoute � quelque chose de nature identique. La seconde est une unit� de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) hypoth�se qui a �t� la plus populaire, bien que le ph�nom�ne de cr�ation de mati�re ne soit pas motiv� par des consid�rations physiques. L’une des raisons de ce succ�s est que dans ce mod�le, appel� th�orie de l’�tat stationnaire, l’univers est �ternel. Il ne peut donc y avoir de conflit entre l’�ge de celui-ci et celui d’un objet c�leste (Un astre, ou objet céleste est un objet de l'Univers. Les règles d'accès et d'utilisation de ces corps sont régies par le droit de l'espace.) quelconque. � l’inverse, dans l’hypoth�se du Big Bang, l’univers a un �ge fini, que l’on d�duit directement de son taux d’expansion (voir �quations de Friedmann). Dans les ann�es 1940, le taux d’expansion de l’univers �tait tr�s largement surestim�, ce qui conduisait � une importante sous-estimation de l’�ge de l’univers. Or diverses m�thodes de datation de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) indiquaient que celle-ci �tait plus vieille que l’�ge de l’univers estim� par son taux d’expansion. Les mod�les de type Big Bang �taient donc en difficult� vis-�-vis de telles observations. Ces difficult�s ont disparu par la suite par une r��valuation plus pr�cise du taux d’expansion de l’univers. Preuves observationnelles Vision d’artiste (Est commun�ment appel�e artiste toute personne exer�ant l'un des m�tiers ou activit�s suivantes :) du satellite (Satellite peut faire r�f�rence � :) WMAP collectant les donn�es (Dans les technologies de l'information (TI), une donn�e est une description �l�mentaire, souvent cod�e, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un �v�nement, etc.) afin d’aider les scientifiques � comprendre le Big Bang Deux preuves observationnelles d�cisives ont d�finitivement donn� raison aux mod�les de Big Bang�: il s’agit de la d�tection du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement �lectromagn�tique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de fa�on quasi uniforme dans toutes les directions.), rayonnement de basse �nergie (Dans le sens commun l'�nergie d�signe tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumi�re, de produire un mouvement.) (domaine micro-onde) vestige de l’�poque chaude de l’histoire de l’univers, et la mesure de l’abondance des �l�ments l�gers, c’est-�-dire des abondances relatives de diff�rents isotopes de l’hydrog�ne (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), de l’h�lium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas parmi les corps...) et du lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.) qui se sont form�s pendant la phase chaude primordiale. Ces deux observations remontent au d�but de la seconde moiti� du XXe�si�cle, et ont d�finitivement assis le Big Bang comme le mod�le d�crivant l’univers observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus généralement une information sur un...). Outre la coh�rence quasi-parfaite du mod�le avec tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) un autre ensemble d’observations cosmologiques effectu�es depuis, d’autres preuves relativement directes sont venues s’ajouter�: l’observation (L’observation est l’action de suivi attentif des ph�nom�nes, sans volont� de les modifier, � l’aide de moyens d’enqu�te et d’�tude appropri�s. Le plaisir procur� explique la tr�s...) de l’�volution des populations galactiques, et la mesure du refroidissement du fond diffus cosmologique entre il y a plusieurs milliards d’ann�es et maintenant. Le fond diffus cosmologique Le fond diffus cosmologique, d�couvert en 1965 est le t�moin le plus direct du Big Bang. Depuis, ses fluctuations ont �t� �tudi�es par les sondes spatiales COBE (1992) et WMAP (2003). L’expansion pr�dit naturellement que l’univers a �t� plus dense par le pass�. � l’instar d’un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre :...) qui s’�chauffe quand on le comprime, l’univers devait aussi �tre plus chaud par le pass�. Cette possibilit� semble �voqu�e pour la premi�re fois en 1934 par Georges Lema�tre, mais n’est r�ellement �tudi�e qu’� partir des ann�es 1940. C’est � George Gamow, entre autres, que l’on doit l’�tude du fait que l’univers doive �tre empli d’un rayonnement qui perd de l’�nergie du fait de l’expansion, selon un processus semblable � celui du d�calage vers le rouge (Le d�calage vers le rouge ou redshift est un ph�nom�ne astronomique de d�calage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du spectre – ce qui se traduit par un...) du rayonnement des objets astrophysiques distants. Gamow r�alise en effet que les fortes densit�s de l’univers primordial doivent avoir permis l’instauration d’un �quilibre thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et...) entre les atomes, et par suite l’existence d’un rayonnement �mis par ceux-ci. Ce rayonnement devait �tre d’autant plus intense que l’univers �tait dense, et devait donc encore exister aujourd’hui, bien que consid�rablement moins intense. Gamow fut le premier (avec Ralph Alpher et Robert C. Herman) � r�aliser que la temp�rature actuelle de ce rayonnement pouvait �tre calcul�e � partir de la connaissance de l’�ge de l’univers, la densit� (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) de mati�re, et l’abondance d’h�lium. Ce rayonnement est appel� aujourd’hui fond diffus cosmologique, ou parfois rayonnement fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent, graine,...). Il correspond � un rayonnement de corps noir (En physique, un corps noir d�signe un objet id�al dont le spectre �lectromagn�tique ne d�pend que de sa temp�rature. En pratique, un tel objet mat�riel n'existe pas, mais il...) � basse temp�rature (2,7 kelvins), conform�ment aux pr�dictions de Gamow. Sa d�couverte, quelque peu fortuite, est due � Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson en 1965, qui seront r�compens�s par le Prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste Alfred Nobel. Il récompense des figures...) en 1978. L’existence d’un rayonnement de corps noir est facile � expliquer dans le cadre du mod�le du Big Bang�: par le pass�, l’univers est tr�s chaud et baigne dans un rayonnement intense. Sa densit�, tr�s �lev�e, fait que les interactions entre mati�re et rayonnement sont tr�s nombreuses, ce qui a pour cons�quence que le rayonnement est thermalis�, c’est-�-dire que son spectre �lectromagn�tique (Le spectre �lectromagn�tique est la d�composition du rayonnement �lectromagn�tique selon ses diff�rentes composantes en terme de fr�quence, d'�nergie des photons ou encore de longueur d'onde...) est celui d’un corps noir. L’existence d’un tel rayonnement dans la th�orie de l’�tat stationnaire est par contre quasiment impossible � justifier (bien que ses rares tenants affirment le contraire). Bien que correspondant � un rayonnement � basse temp�rature et peu �nerg�tique, le fond diffus cosmologique n’en demeure pas moins la plus grande forme d’�nergie �lectromagn�tique (Les forces �lectrostatiques et magn�tiques peuvent faire d�placer des objets � distance, il semble donc �vident qu'� tout ph�nom�ne �lectromagn�tique est associ� une �nergie...) de l’univers�: pr�s de 96% de l’�nergie existant sous forme de photons (En physique des particules, le photon est la particule �l�mentaire m�diatrice de l'interaction �lectromagn�tique. Autrement dit, lorsque deux particules charg�es �lectriquement interagissent, cette interaction...) est dans le rayonnement fossile, les 4% restants r�sultant du rayonnement des �toiles (dans le domaine visible) et du gaz froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) dans les galaxies (en infrarouge). Ces deux autres sources �mettent des photons certes plus �nerg�tiques, mais nettement moins nombreux. Dans la th�orie de l’�tat stationnaire, l’existence du fond diffus cosmologique est suppos�e r�sulter d’une thermalisation du rayonnement stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90...) par d’hypoth�tiques aiguillettes de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme...) microscopiques, un tel mod�le s’av�re en contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) avec les donn�es observables, tant en terme d’abondance du fer qu’en terme d’efficacit� du processus de thermalisation (il est impossible d’expliquer dans ce cadre que le fond diffus cosmologique soit un corps noir aussi parfait) ou d’isotropie (L'isotropie caract�rise l’invariance des propri�t�s physiques d’un milieu en fonction de la direction. Le contraire de l’isotropie est l’anisotropie.) (on s’attendrait � ce que la thermalisation soit plus ou moins efficace selon la distance aux galaxies). La d�couverte du fond diffus cosmologique est aujourd’hui consid�r�e comme la preuve d�cisive du Big Bang. La nucl�osynth�se (La nucl�osynth�se est un ensemble de processus physiques conduisant � la synth�se de noyaux atomiques, par fission ou fusion nucl�aire.) primordiale D�s la d�couverte de la force nucl�aire (La force nucléaire est une force qui s'exerce entre nucléons. Elle est responsable de la liaison des protons et des neutrons dans les noyaux atomiques. Cette force peut être comprise en termes d'échange de mésons...) forte et du fait que c’�tait elle qui �tait la source d’�nergie des �toiles, s’est pos�e la question d’expliquer l’abondance des diff�rents �l�ments chimiques dans l’univers. Au tournant des ann�es 1950 deux processus expliquant cette abondance �taient en comp�tition�: la nucl�osynth�se stellaire (Dans le domaine de l'astrophysique, la nucl�osynth�se stellaire est le terme qui d�signe l'ensemble des r�actions de fusion nucl�aire qui ont lieu �...) et la nucl�osynth�se primordiale. Les tenants de la th�orie de l’�tat stationnaire supposaient que de l’hydrog�ne �tait produit constamment au cours du temps, et que celui-ci �tait peu � peu transform� en h�lium puis en �l�ments plus lourds au cœur des �toiles. La fraction d’h�lium ou des autres �l�ments lourds restait constante au cours du temps car la proportion d’h�lium augmentait du fait de la nucl�osynth�se, mais diminuait en proportion semblable du fait de la cr�ation d’hydrog�ne. � l’inverse, les tenants du Big Bang supposaient que tous les �l�ments, de l’h�lium � l’uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou l'arsenic, quatre fois moins...) avaient �t� produits lors de la phase dense et chaude de l’univers primordial. La th�se (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à l'égard du sujet ou du thème qu'il...) actuelle emprunte � chaque hypoth�se�: D'apr�s celle-ci, l’h�lium et le lithium ont effectivement �t� produits pendant la nucl�osynth�se primordiale, mais les �l�ments plus lourds au cœur des �toiles. La principale preuve de ceci vient de l’�tude de l’abondance des �l�ments dit "�l�gers�" (hydrog�ne, h�lium, lithium) dans les quasars lointains. D’apr�s le mod�le du Big Bang, leurs abondances relatives d�pendent exclusivement d’un seul param�tre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.), � savoir le rapport de la densit� de photons � la densit� de baryons, qui est quasi constant depuis la nucl�osynth�se primordiale. � partir de ce seul param�tre, que l’on peut d’ailleurs mesurer par d’autres m�thodes, on peut expliquer l’abondance des deux isotopes de l’h�lium (3He et 4He) et de celle du lithium (7Li). On observe �galement une augmentation de la fraction d’h�lium au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des...) des galaxies proches, signe de l’enrichissement progressif du milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz rar�fi� qui, dans une galaxie, existe entre les �toiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extr�mement t�nu, avec des densit�s...) par les �l�ments synth�tis�s par les �toiles. L’�volution des galaxies Le mod�le du Big Bang pr�suppose que l’univers ait �t� par le pass� dans un �tat bien plus homog�ne qu’aujourd’hui. La preuve en est apport�e par l’observation du fond diffus cosmologique dont le rayonnement est extraordinairement isotrope�: les �carts de temp�rature ne varient gu�re plus d’un cent-milli�me selon la direction d’observation. Il est donc suppos� que les structures astrophysiques (galaxies, amas de galaxies) n’existaient pas � l’�poque du Big Bang mais se sont peu � peu form�es. Le processus � l’origine de leur formation est d’ailleurs connu depuis les travaux de James Jeans en 1902�: c’est l’instabilit� gravitationnelle. Le Big Bang pr�dit donc que les galaxies que nous observons se sont form�es quelque temps apr�s le Big Bang, et d’une mani�re g�n�rale que les galaxies du pass� ne ressemblaient pas exactement � celles que l’on observe dans notre voisinage (La notion de voisinage correspond � une approche axiomatique �quivalente � celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuit� qui s'entend ici comme la continuit� en tout point. En...). Comme la lumi�re (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) voyage (Un voyage est un d�placement effectu� vers un point plus ou moins �loign� dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est consid�rablement d�velopp� et...) � une vitesse finie, il suffit de regarder des objets lointains pour voir � quoi ressemblait l’univers par le pass�. L’observation des galaxies lointaines, qui d’apr�s la loi de Hubble (En astronomie, la loi de Hubble �nonce que les galaxies s'�loignent les unes des autres � une vitesse (approximativement, voir ci-dessous) proportionnelle � leur distance. Autrement dit, plus une galaxie est loin de nous, plus...) ont un grand d�calage vers le rouge (La couleur rouge r�pond � diff�rentes d�finitions, selon le syst�me chromatique dont on fait usage.) montre effectivement que les galaxies primordiales �taient assez diff�rentes de celles d’aujourd’hui�: les interactions entre galaxies �taient plus nombreuses, les galaxies massives moins nombreuses, ces derni�res �tant apparues plus tard des suites des ph�nom�nes de fusion (En physique et en m�tallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'�tat solide vers l'�tat liquide. Pour un corps pur, c’est-�-dire pour une substance constitu�e de mol�cules toutes identiques, la fusion s'effectue � temp�rature...) entre galaxies. De m�me la proportion de galaxies spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.), elliptique et irr�guli�re varie au cours du temps. Toutes ces observations sont relativement d�licates � effectuer, en grande partie car les galaxies lointaines sont peu lumineuses et n�cessitent des moyens d’observations tr�s performants pour �tre bien observ�es. Depuis la mise en service du t�lescope spatial Hubble (Le t�lescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un t�lescope en orbite � environ 600 kilom�tres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100...) en 1990 puis des grands observatoires au sol VLT, Keck, Subaru (Subaru est un constructeur automobile japonais, n� en 1956, et faisant partir du groupe Fuji Heavy Industries), l’observation des galaxies � grand redshift a permis de v�rifier les ph�nom�nes d’�volution des populations galactiques pr�dit par les mod�les de formation et d’�volution des galaxies dans le cadre des mod�les du Big Bang. L’�tude des toutes premi�res g�n�rations d’�toiles et de galaxies demeure un des enjeux majeurs de la recherche (La recherche scientifique d�signe en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de d�velopper les connaissances...) astronomique du d�but du XXIe�si�cle. La mesure de la temp�rature du fond diffus cosmologique � grand redshift En d�cembre 2000, Raghunathan Srianand, Patrick Petitjean et C�dric Ledoux ont mesur� la temp�rature du fond diffus cosmologique baignant un nuage interstellaire (En astronomie, nuage interstellaire est le nom g�n�rique donn� aux accumulations de gaz et de poussi�res dans notre Galaxie. L'hydrog�ne contenu dans un nuage interstellaire peut, selon la densit�, la taille et la temp�rature...) dont ils ont observ� l’absorption ( En optique, l'absorption se r�f�re au processus par lequel l'�nergie d'un photon est prise par une autre entit�, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux...) du rayonnement �mis par le quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'�nergie �lectromagn�tique, incluant la lumi�re. Les quasars visibles de la Terre montrent tous un d�calage vers le rouge tr�s...) d’arri�re plan PKS 1232+0815, situ� � un d�calage vers le rouge de 2,57. L’�tude du spectre d’absorption permet de d�duire la composition chimique du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la nature, de la...), mais aussi sa temp�rature si l’on peut d�tecter les raies correspondant � des transitions entre diff�rents niveaux excit�s de divers atomes ou ions pr�sents dans le nuage (dans le cas pr�sent, du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) neutre). La principale difficult� dans une telle analyse est d’arriver � s�parer les diff�rents processus physiques pouvant peupler les niveaux excit�s des atomes. Les propri�t�s chimiques de ce nuage, ajout�es � la tr�s haute r�solution spectrale de l’instrument utilis� (le spectrographe UVES du Very Large Telescope) ont pour la premi�re fois permis d’isoler la temp�rature du rayonnement de fond. Srianand, Petitjean et Ledoux ont trouv� une temp�rature du fond diffus cosmologique comprise entre 6 et 14 kelvins, en accord avec la pr�diction du Big Bang, de 9,1�K, �tant donn� que le nuage est situ� � un d�calage vers le rouge de 2,33�771. Leur d�couverte a �t� publi�e dans la revue scientifique am�ricaine Nature[2]. Chronologie du Big Bang Le sc�nario de l’expansion de l’univers depuis le Big Bang jusqu’� nos jours Du fait de l’expansion, l’univers �tait par le pass� plus dense et plus chaud. La chronologie du Big Bang revient essentiellement � d�terminer � rebours l’�tat de l’univers � mesure que sa densit� et sa temp�rature augmente dans le pass�. L’univers aujourd’hui (+ 13,7 milliards d’ann�es) L’univers est � l’heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire » employé...) actuelle extr�mement peu dense (quelques atomes par m�tre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la...) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des cinq solides de Platon, le seul ayant exactement 6 faces,...), voir l’article densit� critique) et froid. En effet, s’il existe des objets astrophysiques tr�s chauds (les �toiles), le rayonnement ambiant dans lequel baigne l’univers est tr�s faible. Ceci provient du fait que la densit� d’�toiles est extr�mement faible dans l’univers. En moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils...), la distance d’un point (Graphie) de l’univers � l’�toile (Une �toile est un objet c�leste �mettant de la lumi�re de fa�on autonome, semblable � une �norme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'�toile la plus proche de la Terre.) la plus proche est immense. L’observation astronomique nous apprend de plus que les �toiles ont exist� tr�s t�t dans l’histoire de l’univers�: moins d’un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf...) d’ann�es apr�s le Big Bang, �toiles et galaxies existaient d�j� en nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».). Cependant, � des �poques encore plus recul�es elles n’existaient pas encore. Si tel avait �t� le cas, le fond diffus cosmologique porterait les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la...) de leur pr�sence. La recombinaison (+ 380 000 ans) 380�000 ans apr�s le Big Bang, alors que l’univers est mille fois plus chaud et un milliard de fois plus dense, les �toiles et les galaxies n’existaient pas encore. Ce moment marque l’�poque o� l’univers est devenu suffisamment peu dense pour que la lumi�re puisse s’y propager, essentiellement gr�ce au fait que le principal obstacle � sa propagation �tait la pr�sence d’�lectrons libres. Lors de son refroidissement, l’univers voit les �lectrons libres se combiner aux noyaux atomiques pour former les atomes. Cette �poque porte pour cette raison le nom de recombinaison. Comme elle correspond aussi au moment o� l’univers a permis la propagation de la lumi�re, on parle aussi de d�couplage entre mati�re et rayonnement. La lueur du fond diffus cosmologique a donc pu se propager jusqu’� nous depuis cette �poque[3]. La nucl�osynth�se primordiale (+ 3 minutes) Moins de 380�000 ans apr�s le Big Bang, l’univers est compos� d’un plasma ( En physique, le plasma d�crit un �tat de la mati�re constitu� de particules charg�es (d'ions et d'�lectrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes...) d’�lectrons et de noyaux atomiques. Quand la temp�rature est suffisamment �lev�e, les noyaux atomiques eux-m�mes ne peuvent exister. On est alors en pr�sence d’un m�lange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les substances...) de protons, de neutrons et d’�lectrons. Dans les conditions qui r�gnent dans l’univers primordial, ce n’est que quand sa temp�rature descend en dessous de 0,1 MeV (soit environ un milliard de degr�s) que les nucl�ons peuvent se combiner pour former des noyaux atomiques. Il n’est cependant pas possible de fabriquer ainsi des noyaux atomiques lourds plus gros que le lithium. Ainsi, seuls les noyaux d’hydrog�ne, d’h�lium et de lithium sont produits lors de cette phase qui commence environ une seconde apr�s le Big Bang et qui dure environ trois minutes ( Forme premi�re d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie g�ologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon,...)[4]. C’est ce que l’on appelle la nucl�osynth�se primordiale, dont la pr�diction, la compr�hension et l’observation des cons�quences repr�sente un des premiers ach�vements majeurs de la cosmologie moderne. L’annihilation �lectrons-positrons Peu avant la nucl�osynth�se primordiale (qui d�bute � 0,1 MeV), la temp�rature de l’univers d�passe 0,5 MeV (cinq milliards de degr�s), correspondant � l’�nergie de masse (En 1905, Albert Einstein postule que la masse est une des formes que peut prendre l'�nergie. Tout syst�me au repos, de masse m, poss�de ainsi une �nergie de masse E donn�e par la c�l�bre relation d'Einstein :) des �lectrons. Au del� de cette temp�rature, interactions entre �lectrons et photons peuvent spontan�ment cr�er des paires d’�lectron-positrons. Ces paires s’annihilent spontan�ment mais sont sans cesse recr��es tant que la temp�rature d�passe le seuil de 0,5 MeV. D�s qu’elle descend en dessous de celui-ci, la quasi-totalit� des paires s’annihilent en photons, laissant place au tr�s l�ger exc�s d’�lectrons issus de la baryogen�se (voir ci-dessous). Le d�couplage des neutrinos Peu avant cette �poque, la temp�rature est sup�rieure � 1 MeV (dix milliards de degr�s), ce qui est suffisant pour qu’�lectrons, photons et neutrinos aient de nombreuses interactions. Au del� de cette temp�rature, ces trois esp�ces sont � l’�quilibre thermique. Quand l’univers refroidit, �lectrons et photons continuent � interagir, mais plus les neutrinos. Ceux-ci cessent �galement d’interagir entre eux. � l’instar du d�couplage mentionn� plus haut qui concernait les photons, cette �poque correspond � celle du d�couplage des neutrinos. Il existe donc un fond cosmologique de neutrinos pr�sentant des caract�ristiques semblables � celles du fond diffus cosmologique. L’existence de ce fond cosmologique de neutrinos est attest�e indirectement par les r�sultats de la nucl�osynth�se primordiale, puisque ceux-ci y jouent un r�le indirect[5]. La d�tection directe de ce fond cosmologique de neutrinos repr�sente un d�fi technologique extraordinairement difficile[6], mais son existence n’en est aucunement remise en cause. La baryog�n�se La physique des particules repose sur l’id�e g�n�rale, �tay�e par l’exp�rience, que les diverses particules �l�mentaires et interactions fondamentales ne sont que des aspects diff�rents d’entit�s plus �l�mentaires (par exemple, l’�lectromagn�tisme (L'�lectromagn�tisme est une branche de la physique qui fournit un cadre tr�s g�n�ral d'�tude des ph�nom�nes �lectriques et magn�tiques dans leur synth�se du champ...) et la force (Le mot force peut d�signer un pouvoir m�canique sur les choses, et aussi, m�taphoriquement, un pouvoir de la volont� ou encore une vertu morale � cardinale � �quivalent au courage (cf. les articles � force (vertu) � et...) nucl�aire (Le terme d'�nergie nucl�aire recouvre deux sens selon le contexte :) faible peuvent �tre d�crits comme deux aspects d’une seule interaction (Une interaction est un �change d'information, d'affects ou d'�nergie entre deux agents au sein d'un syst�me. C'est une action r�ciproque qui suppose l'entr�e en contact de sujets.), l’interaction �lectrofaible). Plus g�n�ralement, il est pr�sum� que les lois de la physique et par suite l’univers dans son ensemble sont dans un �tat plus "�sym�trique�" � plus haute temp�rature. L’on consid�re ainsi que par le pass�, mati�re et antimati�re (Il s'agit ici d'une approche plus "philosophique" sur les questions pos�es par l'antimati�re, ou sur ses applications humaines. Pour une approche plus technique sur la nature de l'antimati�re et de ses...) existaient en quantit�s strictement identiques dans l’univers. Les observations actuelles indiquent que l’antimati�re est quasiment absente dans l’univers observable[7]. La pr�sence de mati�re est donc le signe qu’� un moment donn� s’est form� un l�ger exc�s de mati�re par rapport � l’antimati�re. Lors de l’�volution ult�rieure de l’univers, mati�re et antimati�re se sont annihil�es en quantit�s strictement �gales, laissant derri�re elles le tr�s l�ger surplus de mati�re qui s’�tait form�. Comme la mati�re ordinaire est form�e de particules appel�es baryons, la phase o� cet exc�s de mati�re s’est form� est appel�e baryogen�se. Tr�s peu de choses sont connues sur cette phase ou sur le processus qui s’est produit alors. Par exemple l’�chelle de temp�rature o� elle s’est produite varie, selon les mod�les de 103 � 1016 GeV (soit entre 1016 et 1029 kelvins…) Les conditions n�cessaires pour que la baryog�n�se se produise sont appel�es conditions de Sakharov, suite aux travaux du physicien russe Andr�i Sakharov en 1967. L’�re de grande unification Un nombre croissant d’indications sugg�rent que les forces �lectromagn�tique, faible et forte ne sont que des aspects diff�rents d’une seule et unique interaction. Celle-ci est en g�n�ral appel�e th�orie grand unifi�e (GUT en anglais, pour Grand Unified Theory), ou grande unification. L’on pense qu’elle se manifeste au-del� de temp�ratures de l’ordre de 1016 GeV (1029 degr�s). Il est donc probable que l’univers ait connu une phase o� la th�orie grand unifi�e �tait de mise. Cette phase pourrait �tre � l’origine de la baryog�n�se, ainsi �ventuellement que de la mati�re noire (En astrophysique, la mati�re noire (ou mati�re sombre) d�signe la mati�re apparemment ind�tectable, invoqu�e pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies....), dont la nature exacte reste inconnue. L’inflation cosmique (L'inflation cosmique est un mod�le cosmologique s'ins�rant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une r�gion de l'univers comprenant l'univers observable a connu une phase d'expansion tr�s violente...) Le Big Bang am�ne de nouvelles questions en cosmologie. Par exemple, il suppose que l’univers est homog�ne et isotrope (ce qu’il est effectivement, du moins dans la r�gion observable), mais n’explique pas pourquoi il devrait en �tre ainsi. Or dans sa version na�ve, il n’existe pas de m�canisme pendant le Big Bang qui provoque une homog�n�isation de l’univers. De m�me, il n’existe pas de m�canisme satisfaisant qui explique pourquoi il devrait exister de petits �carts � cette homog�n�it� (comme ceux observ�s dans les anisotropies du fond diffus cosmologique) qui seraient responsable de la formation des grandes structures dans l’univers (galaxie, amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies li�es entre elles par la gravitation. En de�� de 100, on parle plut�t de groupe de galaxies, m�me si la fronti�re entre groupe...), etc). Cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit...) �tait insatisfaisante et on a longtemps cherch� � proposer des m�canismes qui, partant de conditions initiales relativement g�n�riques pourraient expliquer pourquoi l’univers a �volu� vers l’�tat observ� aujourd’hui. L’inflation cosmique a �t� propos�e dans un tel cadre. La motivation (La motivation est, dans un organisme vivant, la composante ou le processus qui r�gle son engagement dans une action ou exp�rience. Elle en d�termine le d�clenchement dans une certaine direction avec l'intensit� souhait�e et en assure la...) initiale de l’inflation �tait de proposer un processus provoquant une homog�n�isation et une isotropisation de l’univers. L’inventeur de l’inflation est Alan Guth qui a �t� le premier � proposer explicitement un sc�nario r�aliste d�crivant un tel processus. � son nom m�ritent aussi d’�tre associ�s ceux de Fran�ois Englert et Alexei Starobinsky, qui ont �galement travaill� sur certaines de ces probl�matiques � la m�me �poque (1980). Il a par la suite �t� r�alis� (en 1982) que l’inflation permettait non seulement d’expliquer pourquoi l’univers �tait homog�ne, mais aussi pourquoi il devait aussi pr�senter de petits �carts � l’homog�n�it�, comportant les germes des grandes structures astrophysiques. L’on peut montrer que pour que l’inflation r�solve tout ces probl�mes, elle doit avoir eu lieu � des �poques extr�mement recul�es et chaudes de l’histoire de l’univers (entre 1014 et 1019 Gev, soit de 1027 � 1032 degr�s…), c’est-�-dire au voisinage des �poques de Planck et de grande unification. L’efficacit� de l’inflation � r�soudre la quasi-totalit� des probl�mes exhib�s par le Big Bang lui a rapidement donn� un statut de premier plan en cosmologie, bien que divers autres sc�narios, souvent plus complexes et moins aboutis (pr� Big Bang, d�fauts topologiques, univers ekpyrotique), aient �t� propos�s pour r�soudre les m�mes probl�mes. Depuis l’observation d�taill�es des anisotropies du fond diffus cosmologique, les mod�les d’inflation sont sortis consid�rablement renforc�s. Leur accord avec l’ensemble des observations alli� � l’�l�gance du concept font de l’inflation le sc�nario de loin le plus int�ressant pour les probl�matiques qu’il aborde. La phase d’inflation en elle-m�me se compose d’un expansion extr�mement rapide de l’univers (pouvant durer un temps assez long), � l’issue duquel la dilution caus�e par cette expansion rapide est telle qu’il n’existe essentiellement plus aucune particule dans l’univers, mais que celui-ci est empli d’une forme d’�nergie tr�s homog�ne. Cette �nergie est alors convertie de fa�on tr�s efficace en particules qui tr�s vite vont se mettre � interagir et � s’�chauffer. Ces deux phases qui closent l’inflation sont appel�es pr�chauffage pour la cr�ation "�explosive�" de particules et r�chauffage pour leur thermalisation. Si le m�canisme g�n�ral de l’inflation est parfaitement bien compris (quoique de tr�s nombreuses variantes existent), celui du pr�chauffage et du r�chauffage le sont beaucoup moins et sont toujours l’objet de nombreuses recherches. L’�re de Planck — La cosmologie quantique (La cosmologie quantique est la branche, aujourd'hui quelque peu spéculative (2006), de la cosmologie qui vise à décrire les premiers instants de l'univers en le considérant comme un objet quantique,...) Au del� de la phase d’inflation, et plus g�n�ralement � des temp�ratures de l’ordre de la temp�rature de Planck, l’on entre dans le domaines o� les th�ories physiques actuelles ne deviennent plus valables, car n�cessitant un traitement de la relativit� g�n�rale incluant les concepts de la m�canique quantique (Fille de l'ancienne th�orie des quanta, la m�canique quantique constitue le pilier d'un ensemble de th�ories physiques qu'on regroupe sous l'appellation g�n�rale de physique...). Cette th�orie de la gravit� (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) quantique, non d�couverte � ce jour (Le jour ou la journ�e est l'intervalle qui s�pare le lever du coucher du Soleil ; c'est la p�riode entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil �clairent le ciel. Son d�but (par rapport � minuit heure locale) et...) mais peut-�tre issue de la th�orie des cordes (La th�orie des cordes est l'une des voies envisag�es pour r�gler une des questions majeures de la physique th�orique : fournir une description de la gravit� quantique c'est-�-dire l'unification de la m�canique quantique (in�vitable pour...) encore en d�veloppement laisse � l’heure actuelle place � des sp�culations nombreuses concernant l’univers � cette �poque dite �re de Planck. Plusieurs auteurs, dont Stephen Hawking (Stephen W. Hawking, CH, CBE, FRS, FRSA, est un physicien théoricien et cosmologiste anglais, né le 8 janvier 1942 à Oxford. Hawking a été professeur de mathématiques à...) ont propos� diverses pistes de recherches pour tenter de d�crire l’univers � ces �poques. Ce domaine de recherche est ce que l’on appelle la cosmologie quantique. Les probl�mes apparents pos�s par le Big Bang et leur solution L’�tude des mod�les de Big Bang r�v�le un certain nombre de probl�mes inh�rents � ce type de mod�le. En l’absence de modifications, le mod�le na�f du Big Bang appara�t peu convainquant car il n�cessite de supposer qu’un certain nombre de quantit�s physiques sont soit extr�mement grandes, soit extr�mement petites par rapport aux valeurs que l’on pourrait na�vement penser leur attribuer. En d’autres termes, le Big Bang semble n�cessiter d’ajuster un certain nombre de param�tres � des valeurs inattendues pour pouvoir �tre viable. Ce type d’ajustement fin de l'univers est consid�r� comme probl�matique dans tout mod�le physique (en rapport avec la cosmologie ou pas, d’ailleurs), au point que le Big Bang pourrait �tre consid�r� comme un concept posant autant de probl�mes qu’il n’en r�sout, rendant cette solution peu attractive, malgr� ses succ�s � expliquer nombre d’observations. Fort heureusement, des sc�narios existent, en particulier l’inflation cosmique, qui, inclus dans les mod�les de Big Bang, permettent d’�viter les observations initialement consid�r�s comme �tant probl�matiques. Il est ainsi possible d’avoir aujourd’hui une vision unifi�e du contenu mat�riel, de la structure, de l’histoire et de l’�volution de l’univers, appel�e par analogie avec la physique des particules le mod�le standard de la cosmologie. Le probl�me de l’horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se d�cline...) Les observations indiquent que l’univers est homog�ne et isotrope. Il est facile de montrer � l’aide des �quations de Friedmann qu’un univers homog�ne et isotrope � un instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être...) donn� va le rester. Par contre, le fait que l’univers soit homog�ne et isotrope d�s l’origine est plus difficile � justifier. � l’exception d’arguments esth�tiques et de simplicit�, il n’existe pas a priori de raison valable de supposer que la Nature ait choisi que l’univers soit aussi homog�ne et isotrope que ce que l’on observe. L’on peut en effet montrer que deux r�gions distantes de l’univers observable sont tellement �loign�es l’une de l’autre qu’elles n’ont pas eu le temps d’�changer une quelconque information, quand bien m�me elles �taient bien plus proches l’une de l’autre par le pass� qu’elles ne le sont aujourd’hui. Le fait que ces r�gions distantes pr�sentent essentiellement les m�mes caract�ristiques reste donc difficile � justifier. Ce probl�me est connu sous le nom de probl�me de l’horizon. Probl�me de la platitude Les diff�rents types de g�om�tries possibles pour l’Univers Un autre probl�me qui appara�t quand on consid�re l’�tude de l’�volution de l’univers est celui de son �ventuel rayon de courbure (Intuitivement, courbe s'oppose � droit : la courbure d'un objet g�om�trique est une mesure quantitative du caract�re � plus ou moins courb� � de...). La relativit� g�n�rale indique que si la r�partition de mati�re est homog�ne dans l’univers, alors la g�om�trie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) de celui-ci ne d�pend que d’un param�tre, appel� courbure spatiale. Intuitivement, cette quantit� (La quantit� est un terme g�n�rique de la m�trologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre mani�re de d�nommer...) donne l’�chelle de distance au-del� de laquelle la g�om�trie euclidienne (La g�om�trie euclidienne commence avec les �l�ments d'Euclide, qui est � la fois une somme des connaissances g�om�triques de l'�poque et une tentative de formalisation math�matique de ces...) (comme le th�or�me (Un th�or�me est une proposition qui peut �tre math�matiquement d�montr�e, c'est-�-dire une assertion qui peut �tre �tablie comme vraie au travers d'un raisonnement logique construit � partir d'axiomes. Un th�or�me est � distinguer d'une...) de Pythagore) cesse d’�tre valable. Par exemple, la somme des angles d’un triangle (En géométrie euclidienne, un triangle est une figure plane, formée par trois points et par les trois segments qui les relient. La...) de taille gigantesque (plusieurs milliards d’ann�es-lumi�re) pourrait ne pas �tre �gale � 180 degr�s. Il reste parfaitement possible que de tels effets, non observ�s, n’apparaissent qu’� des distances bien plus grandes que celles de l’univers observable. N�anmoins un probl�me appara�t si l’on remarque cette �chelle de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...), appel�e rayon de courbure a tendance � devenir de plus en plus petite par rapport � la taille de l’univers observable. En d’autres termes, si le rayon de courbure �tait � peine plus grand que la taille de l’univers observable il y a 5 milliards d’ann�es, elle devrait �tre aujourd’hui plus petite que cette derni�re, et les effets g�om�triques susmentionn�s devraient devenir visibles. En continuant ce raisonnement, il est possible de voir qu’� l’�poque de la nucl�osynth�se le rayon de courbure devait �tre immens�ment plus grand que la taille de l’univers observable pour que les effets dus � la courbure ne soient pas encore visibles. Le fait que le rayon de courbure soit encore aujourd’hui plus grand que la taille de l’univers observable est connu sous le nom de probl�me de la platitude. Probl�me des monopoles La physique des particules pr�voit l’apparition progressive de nouvelles particules lors du refroidissement r�sultant de l’expansion de l’univers. Certaines sont produites lors d’un ph�nom�ne appel� transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du syst�me �tudi� provoqu�e par la variation d'un param�tre ext�rieur particulier (temp�rature, champ magn�tique...).) que l’on pense g�n�rique dans l’univers primordial. Ces particules, dont certaines sont appel�es monopoles, ont la particularit� d’�tre stables, extr�mement massives (typiquement 1015 fois plus que le proton) et tr�s nombreuses. Si des telles particules existaient, leur contribution � la densit� de l’univers devrait en fait �tre consid�rablement plus �lev�e que celle de la mati�re ordinaire. Or, si une partie de la densit� de l’univers est due � des formes de mati�re mal connues (voir plus bas), il n’y a certainement pas la place pour une proportion significative de monopoles. Le probl�me des monop�les est donc la constatation qu’il n’existe pas en proportion significative de telles particules massives dans l’univers, alors que la physique des particules pr�dit naturellement leur existence avec une abondance tr�s �lev�e. Probl�me de la formation des structures Si l’observation r�v�le que l’univers est homog�ne � grande �chelle, elle r�v�le aussi qu’il pr�sente des inhomog�n�it�s importantes � plus petite �chelle (plan�tes, �toiles, galaxies, etc). Le fait que l’univers pr�sente des inhomog�n�it�s plus marqu�es � petite �chelle n’est pas �vident en soi. L’on sait expliquer comment, dans certaines circonstances, une petite inhomog�n�it� dans la distribution de mati�re peut cro�tre jusqu’� former un objet astrophysique significativement plus compact que son environnement�: c’est ce que l’on appelle le m�canisme d’instabilit� gravitationnelle, ou instabilit� de Jeans (du nom de James Jeans). Cependant, pour qu’un tel m�canisme se produise, il faut supposer la pr�sence initiale d’une petite inhomog�n�it�, et de plus la vari�t� des structures astrophysiques observ�es indique que la r�partition en amplitude (Dans cette simple �quation d’onde :) et en taille de ces inhomog�n�it�s initiales suivait une loi bien pr�cise, connue sous le nom de spectre de Harrison-Zeldovitch. Les premiers mod�les de Big Bang �taient dans l’incapacit� d’expliquer la pr�sence de telles fluctuations. On parlait alors du probl�me de la formation des structures. Solutions propos�es Sur le probl�me de l’horizon Les probl�mes de l’horizon et de la platitude ont une origine commune. Le probl�me de l’horizon vient du fait qu’� mesure que le temps passe, l’on a acc�s � des r�gions de plus en plus grandes, et contenant de plus en plus de mati�re. Par exemple, avec une expansion dict�e (La dictée est l'opération par laquelle une personne lit ou au moins énonce à haute voix un texte cohérent selon un rythme qui permet à des auditeurs de le copier par...) par de la mati�re ordinaire, un nombre croissant de galaxies est visible au cours du temps. Il est donc surprenant que celles-ci poss�dent les m�mes caract�ristiques. On se rend compte que ce probl�me pourrait �tre r�solu si on imaginait qu’une certaine information sur l’�tat de l’univers ait pu se propager extr�mement rapidement t�t dans l’histoire de l’univers. Dans un tel cas, des r�gions extr�mement distantes les unes des autres pourraient avoir �chang� suffisamment d’information pour qu’il soit possible qu’elles soient dans des configurations semblables. La relativit� restreinte (On nomme relativit� restreinte une premi�re version de la th�orie de la relativit�, �mise en 1905 par Albert Einstein, qui ne consid�rait pas la question des acc�l�rations d'un r�f�rentiel, ni les...) stipule cependant que rien ne peut se d�placer plus vite que la lumi�re, aussi para�t-il difficilement imaginable que le processus propos� soit possible. N�anmoins, si on suppose que l’expansion de l’univers est tr�s rapide et se fait � taux d’expansion constant, alors on peut contourner la limitation de la relativit� restreinte. En effet, dans un tel cas, la distance entre deux r�gions de l’univers cro�t exponentiellement au cours du temps, tandis que la taille de l’univers observable reste constante. Une r�gion initialement tr�s petite et homog�ne va donc avoir la possibilit� de prendre une taille d�mesur�e par rapport � la r�gion de l’univers qui est observable. Quand cette phase � taux d’expansion constant s’ach�ve, la r�gion homog�ne de l’univers dans laquelle nous nous trouvons peut alors �tre immens�ment plus grande que celle qui est accessible � nos observations. Quand bien m�me la phase d’expansion classique reprend son cours, il devient naturel d’observer un univers homog�ne sur des distances de plus en plus grandes, tant que les limites de la r�gion homog�ne initiale ne sont pas atteintes. Un tel sc�nario n�cessite que l’expansion de l’univers puisse se faire � taux constant, ou plus g�n�ralement de fa�on acc�l�r�e (la vitesse � laquelle deux r�gions distantes s’�loignent doit cro�tre avec le temps). Les �quations de Friedmann stipulent que ceci est possible, mais au prix de l’hypoth�se qu’une forme de mati�re atypique existe dans l’univers (elle doit avoir une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) n�gative). Sur le probl�me de la platitude Le probl�me de la platitude peut se r�soudre de fa�on essentiellement identique. Initialement, le probl�me vient du fait que le rayon de courbure cro�t moins vite que la taille de l’univers observable. Or ceci peut ne plus �tre vrai si la loi qui gouverne (Une gouverne est une surface mobile agissant dans l'air ou dans l'eau servant à piloter un mobile selon un de ses trois axes :) l’expansion est diff�rente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des...) de celle qui gouverne l’expansion d’un univers empli de mati�re ordinaire. Si en lieu et place de celle-ci l’on imagine qu’une autre forme de mati�re aux propri�t�s atypiques existe (que sa pression soit n�gative), alors on peut montrer que dans un tel cas, le rayon de courbure va cro�tre plus vite que la taille de l’univers observable. Si une telle phase d’expansion s’est produite dans le pass� et a dur� suffisamment longtemps, alors il n’est plus surprenant que le rayon de courbure ne soit pas mesurable. Sur le probl�me des monopoles Enfin, le probl�me des monopoles est naturellement r�solu avec une phase d’expansion acc�l�r�e, car celle-ci a tendance � diluer toute la mati�re ordinaire de l’univers. Cela am�ne un nouveau probl�me�: la phase d’expansion acc�l�r�e laisse un univers homog�ne, spatialement plat, sans reliques massives, mais vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) de mati�re. Il faut donc repeupler l’univers avec de la mati�re ordinaire � l’issue de cette phase d’expansion acc�l�r�e. Le sc�nario de l’inflation cosmique, propos� par Alan Guth au d�but des ann�es 1980 r�pond � l’ensemble de ces crit�res. La forme de mati�re atypique qui cause la phase d’expansion acc�l�r�e est ce que l’on appelle un champ (Un champ correspond � une notion d'espace d�fini:) scalaire (Un vrai scalaire est un nombre qui est ind�pendant du choix de la base choisie pour exprimer les vecteurs, par opposition � un pseudoscalaire, qui est un...) (souvent appel� inflaton dans ce contexte), qui poss�de toutes les propri�t�s requises. Il peut �tre � l’origine du d�marrage de cette phase acc�l�r�e si certaines conditions favorables g�n�riques se trouvent r�unies en un endroit de l’univers. � l’issue de cette phase d’expansion acc�l�r�e, c’est le champ scalaire lui-m�me responsable de cette phase d’expansion qui devient instable et se d�sint�gre en plusieurs �tapes en particules du mod�le standard au cours d’un ensemble de processus complexes appel�s pr�chauffage et r�chauffage (voir plus haut). Les premiers mod�les d’inflation souffraient d’un certain nombre de probl�mes techniques, notamment les circonstances qui donnaient lieu au d�marrage de la phase d’expansion acc�l�r�e et � son arr�t �taient peu satisfaisantes. Les mod�les d’inflation plus r�cents �vitent ces �cueils, et proposent des sc�narios tout � fait plausibles pour d�crire une telle phase.[8] Sur la formation des grandes structures De plus l’inflaton poss�de, comme toute forme de mati�re, des fluctuations quantiques (r�sultat du principe d'incertitude d'Heisenberg). Une des cons�quences inattendues de l’inflation est que ces fluctuations, initialement de nature quantique, �voluent durant la phase d’expansion acc�l�r�e pour devenir des variations classiques ordinaires de densit�. Par ailleurs le calcul du spectre de ces fluctuations effectu� dans le cadre de la th�orie des perturbations cosmologiques montre qu’il suit pr�cis�ment les contraintes du spectre de Harrison-Zeldovitch. Ainsi, l’inflation permet d’expliquer l’apparition de petits �carts � l’homog�n�it� de l’univers, r�solvant du m�me coup le probl�me de la formation des structures susmentionn�. Ce succ�s inattendu de l’inflation a imm�diatement contribu� � en faire un mod�le extr�mement attractif, d’autant que le d�tail des inhomog�n�it�s cr��es lors de la phase d’inflation peuvent �tre confront�es aux inhomog�n�it�s existant dans l’univers actuel. L’accord remarquable entre des pr�dictions et les observations, observ� par l’�tude des donn�es relatives aux fluctuations du fond diffus cosmologique observ� entre autres par les satellites COBE et WMAP (et bient�t �galement par le satellite (Satellite peut faire r�f�rence � :) Planck), ainsi que les catalogues de galaxies comme celui r�alis� par la mission SDSS est sans nul doute un des plus grands succ�s de la cosmologie du XXe�si�cle. Il n’en demeure pas moins vrai que des alternatives � l’inflation ont �t� propos�es malgr� les succ�s ind�niables de celle-ci. Parmi ceux-ci, citons le pr� Big Bang propos� entre autres par Gabriele Veneziano, et l’univers ekpyrotique. Ces mod�les sont globalement consid�r�s comme moins g�n�ratiques, moins esth�tiques et moins achev�s que les mod�les d’inflation. Ce sont donc ces derniers qui � l’heure actuelle sont de loin consid�r�s comme les plus r�alistes. Le mod�le standard de la cosmologie La construction de ce qui est d�sormais appel� le mod�le standard de la cosmologie est la cons�quence logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et raisonnement) est dans une...) de l’id�e du Big Bang propos�e dans le premi�re partie du XXe�si�cle. Ce mod�le standard de la cosmologie, qui tire son nom par analogie avec le mod�le standard de la physique des particules, offre une description de l’univers compatible avec l’ensemble des observations de l’univers. Il stipule en particuliers les deux points suivants�: L’univers observable est issu d’une phase dense et chaude (Big Bang), durant laquelle un m�canisme a permis � la r�gion qui nous est accessible d’�tre tr�s homog�ne mais de pr�senter de petits �carts � l’homog�n�it� parfaite. Ce m�canisme est probablement une phase de type inflation, quoique d’autres m�canismes aient �t� propos�s. L’univers actuel est empli de plusieurs formes de mati�res�: Les photons, c’est-�-dire les particules repr�sentant toute forme de rayonnement �lectromagn�tique (Un rayonnement �lectromagn�tique d�signe une perturbation des champs �lectrique et magn�tique.), Les neutrinos, La mati�re baryonique, qui forme les atomes, Une ou plusieurs formes de mati�re inconnues en laboratoire mais pr�dites par la physique des particules appel�es mati�re noire, responsable entre autre de la structure des galaxies, bien plus massives que l’ensemble des �toiles qui les composent, Une forme d’�nergie aux propri�t�s inhabituelles, appel�e �nergie noire ou constante cosmologique (La constante cosmologique est un param�tre rajout� par Einstein en f�vrier 1917 � ses �quations de la relativit� g�n�rale (1915), dans le but de rendre sa th�orie compatible avec l'id�e...), responsable de l’acc�l�ration de l'expansion de l'univers observ�e aujourd’hui (et probablement sans rapport direct avec l’inflation). Un tr�s grand nombre d’observations astronomiques rendent ces ingr�dients indispensables pour d�crire l’univers que nous connaissons. La recherche en cosmologie vise essentiellement � d�terminer l’abondance et les propri�t�s de ces formes de mati�re, ainsi qu’� contraindre le sc�nario d’expansion acc�l�r�e de l’univers primordial (ou d’en proposer d’autres). Des ingr�dients de ce mod�le standard de la cosmologie, trois n�cessitent de faire appel � des ph�nom�nes physiques non observ�s en laboratoire�: l’inflation, la mati�re noire et l’�nergie noire. N�anmoins, les indications observationnelles en faveur de l’existence de ces trois ph�nom�nes sont telles qu’il semble extr�mement difficile d’envisager pouvoir �viter d’y faire appel. Il n’existe de fait aucun mod�le cosmologique satisfaisant s’affranchissant d’un ou plusieurs de ces ingr�dients. Quelques id�es fausses sur le Big Bang Le Big Bang ne se r�f�re pas � un instant "�initial�" de l’histoire de l’univers Il indique seulement que celui-ci a connu une p�riode dense et chaude. De nombreux mod�les cosmologiques d�crivent de fa�on tr�s diverse cette phase dense et chaude. Le statut de cette phase a d’ailleurs �t� soumis � maints remaniements. Dans un des ses premiers mod�les, Georges Lema�tre proposait un �tat initial dont la mati�re aurait la densit� de la mati�re nucl�aire (1015�g/cm3). Lema�tre consid�rait (avec raison) qu’il �tait difficile de pr�tendre conna�tre avec certitude le comportement de la mati�re � de telles densit�s, et supposait que c’�tait la d�sint�gration de ce noyau atomique (Le noyau atomique d�signe la r�gion situ�e au centre d'un atome constitu�e de protons et de neutrons (les nucl�ons). La taille du noyau (10-15 m) est consid�rablement plus petite que celle de l'atome (10-10 m)...) g�ant et instable qui avait initi� l’expansion (hypoth�se de l’atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, � que l'on ne peut diviser �) est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) primitif, voir l’article en question). Auparavant, Lema�tre avait en 1931 fait part du fait que la m�canique (Dans le langage courant, la m�canique est le domaine des machines, moteurs, v�hicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de...) quantique devait invariablement �tre invoqu�e pour d�crire les tout premiers instants de l’histoire de l’univers, jetant par l� les bases de la cosmologie quantique, et que les notions de temps et d’espace perdaient probablement leur caract�re usuel[9]. Aujourd’hui, certains mod�les d’inflation supposent par exemple un univers �ternel, d’autres mod�les comme le pr� Big Bang suppose un �tat initial peu dense mais en contraction suivi d’une phase de rebond, d’autres mod�les, bas�s sur la th�orie des cordes pr�disent que l’univers observable n’est qu’un objet appel� "�brane�" plong� dans un espace � plus de quatre dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie � la taille ; les dimensions d'une pi�ce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son �paisseur, ou bien son diam�tre si c'est une pi�ce de r�volution.) (le "�bulk�"), le big bang et le d�marrage de l’expansion �tant dus � une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) entre deux branes (univers ekpyrotique). Cependant, c’est lors de cette phase dense et chaude que se forment les particules �l�mentaires que nous connaissons aujourd’hui, puis, plus tard toutes les structures que l’on observe dans l’univers. Ainsi reste-t-il l�gitime de dire que l’univers est n� du Big Bang, au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...) o� l’univers tel que nous le connaissons s’est structur� � cette �poque. Le Big Bang n’est pas une explosion, il ne s’est pas produit "�quelque part�" Le Big Bang ne s’est pas produit en un point d’o� aurait �t� �ject�e la mati�re qui forme aujourd’hui les galaxies, contrairement � ce que son nom sugg�re et � ce que l’imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit...) populaire v�hicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) souvent. � l’�poque du Big Bang les conditions qui r�gnaient partout dans l’univers (du moins la r�gion de l’univers observable) �taient identiques. Il est par contre vrai que les �l�ments de mati�re s’�loignaient alors tr�s rapidement les uns des autres, du fait de l’expansion de l’univers. Le terme de Big Bang renvoie donc � la violence de ce mouvement d’expansion, mais pas � un lieu privil�gi�. En particulier il n’y a pas de "�centre�" du Big Bang ou de direction privil�gi�e dans laquelle il nous faudrait observer pour le voir. C’est l’observation des r�gions lointaines de l’univers (quelle que soit leur direction) qui nous permet de voir l’univers tel qu’il �tait par le pass� (car la lumi�re voyageant � une vitesse finie, elle nous fait voir des objets lointains tels qu’ils �taient � une �poque recul�e, leur �tat actuel nous �tant d’ailleurs inaccessible) et donc de nous rapprocher de cette �poque. Ce qu’il nous est donn� de voir aujourd’hui n’est pas l’�poque du Big Bang lui-m�me, mais le fond diffus cosmologique, sorte d’�cho lumineux de cette phase chaude de l’histoire de l’univers. Ce rayonnement est essentiellement uniforme quelle que soit la direction dans laquelle on l’observe, ce qui indique que le Big Bang s’est produit de fa�on extr�mement homog�ne dans les r�gions qu’il nous est possible d’observer. La raison pour laquelle il n’est pas possible de voir jusqu’au Big Bang est que l’univers primordial est opaque au rayonnement du fait de sa densit� �lev�e, de m�me qu’il n’est pas possible de voir directement le centre du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) mais que l’on ne peut observer que sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...). Voir l’article fond diffus cosmologique pour plus de d�tails. Implications philosophiques et statut �pist�mologique L’aspect �tonnamment "�cr�ationniste�" que sugg�re le Big Bang — du moins dans sa version na�ve — a bien s�r �t� � l’origine de nombreuses r�flexions, y compris hors des cercles scientifiques, puisque pour la premi�re fois �tait entrevue la possibilit� que la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on...) apporte des �l�ments de r�ponse � des domaines jusque l� r�serv�s � la philosophie et la th�ologie. Remarquons au passage que la chronologie sugg�r�e par le Big Bang va � l’inverse des convictions des deux grands architectes des th�ories de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), Isaac Newton (Sir Isaac Newton �tait un philosophe, math�maticien, physicien et astronome anglais n� le 4 janvier 1643 du calendrier gr�gorien[1] au manoir de Woolsthorpe pr�s...) et Albert Einstein, qui croyaient que la Cr�ation �tait �ternelle (nonobstant la contradiction des termes). Dans le cas d’Einstein, toutefois, il ne semble pas av�r� qu’il y avait un pr�con�u philosophique pour motiver cette intuition, qui pourrait �tre avant tout issue de motivations physiques (voir l’article univers d’Einstein). En tout �tat de cause, la cosmologie n’a pas vocation � conforter ou d’infirmer un pr�jug� philosophique ou religieux. Elle se contente de proposer un sc�nario r�aliste permettant de d�crire de fa�on coh�rente l’ensemble des observations dont on dispose � un instant donn�. Pour l’heure, l’interpr�tation des d�calages vers le rouge en terme d’expansion de l’univers est �tablie au-del� de tout doute raisonnable, aucune interpr�tation alternative (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) ne r�sistant � un examen s�rieux, ou �tant motiv�e par des arguments physiques pertinents, et l’existence de la phase dense et chaude est �galement av�r�e (voir plus haut). Critiques de la part de scientifiques Par contre les convictions ou les r�ticences des acteurs qui ont particip� � l’�mergence du concept ont jou� un r�le dans ce processus de maturation, et il a souvent �t� dit que les convictions religieuses de Lema�tre l’avaient aid� � proposer le mod�le du Big Bang, bien que ceci ne repose pas sur des preuves tangibles. Notons � l’inverse que l’id�e que tout l’univers e�t pu avoir �t� cr�� � un instant donn� paraissait � Fred Hoyle bien plus critiquable que son hypoth�se de cr�ation lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) mais continue de mati�re dans la th�orie de l’�tat stationnaire, ce qui est sans doute � l’origine de son rejet du Big Bang. De nombreux autres exemples de r�ticences sont connus chez des personnalit�s du monde (Le mot monde peut d�signer :) scientifique, en particulier�: Hannes Alfv�n, prix Nobel de physique 1970 pour ses travaux sur la physique des plasmas, qui rejeta en bloc le Big Bang, pr�f�rant lui proposer sa propre th�orie, l’univers plasma, bas�e sur une pr��minence des ph�nom�nes �lectromagn�tiques sur les ph�nom�nes gravitationnels � grande �chelle, th�orie aujourd’hui totalement abandonn�e. Edward Milne, qui proposa des cosmologies newtoniennes, et fut d’ailleurs le premier � le faire (quoiqu’apr�s la d�couverte de la relativit� g�n�rale�!), dans lequel l’expansion �tait interpr�t�e comme des mouvements de galaxies dans un espace statique et minkowskien (voir univers de Milne). De fa�on plus pos�e, Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson qui re�urent le prix Nobel de physique pour leur d�couverte du fond diffus cosmologique, apportant ainsi la preuve d�cisive du Big Bang, ont reconnu qu’ils �taient adeptes de la th�orie de l’�tat stationnaire. Wilson d�clara notamment[10] ne pas avoir eu la certitude de la pertinence de l’interpr�tation cosmologique de leur d�couverte�: "�Arno et moi, bien s�r, �tions tr�s heureux d’avoir une r�ponse de quelque nature que ce soit � notre probl�me. Toute explication raisonnable nous aurait satisfait. […] Nous nous �tions habitu�s � l’id�e d’une cosmologie de l’�tat stationnaire. […] Philosophiquement, j’aimais la cosmologie de l’�tat stationnaire. Aussi ai-je pens� que nous devions rapporter notre r�sultat comme une simple mesure�: au moins la mesure pourrait rester vraie apr�s que la cosmologie derri�re s’av�rerait fausse.�"� M�me aujourd’hui, et malgr� ses succ�s ind�niables, le Big Bang rencontre encore une tr�s faible opposition de la part d’une partie du monde scientifique, y compris chez certains astronomes. Parmi ceux-ci figurent ses opposants historiques comme Geoffrey Burbidge, Fred Hoyle et Jayant Narlikar, qui apr�s avoir finalement abandonn� la th�orie de l’�tat stationnaire, en ont propos� une version modifi�e, toujours bas�e sur la cr�ation de mati�re, mais avec une succession de phases d’expansion et de recontraction, la th�orie de l’�tat quasi-stationnaire[11], n’ayant pas rencontr� de succ�s probant en raison de leur incapacit� � faire des pr�dictions pr�cises et compatibles avec les donn�es observationnelles actuelles, notamment celles du fond diffus cosmologique[12]. Une des critiques r�currentes du Big Bang porte sur l’�ventuelle incoh�rence entre l’�ge de l’univers, plus jeune que celui d’objets lointains, comme cela a �t� le cas pour les galaxies Abell 1835 IR1916 et HUDF-JD2, mais la plupart du temps, ces probl�mes d’�ge r�sultent surtout de mauvaises estimations de l’�ge de ces objets (voir les articles correspondants), ainsi qu’une sous-estimation des barres d’erreur correspondantes[13]. Dans le monde francophone, Jean-Claude Pecker, membre de l’acad�mie des sciences (Une acad�mie des sciences est une soci�t� savante dont le r�le est de promouvoir la recherche scientifique en r�unissant certains des chercheurs les plus �minents, en tenant des s�ances au cours desquelles des travaux sont...), Jean-Marc Bonnet Bidaud, astrophysicien au Commissariat � l’�nergie atomique �mettent des critiques sur le Big Bang[14]. Christian Magnan, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) d�signe une personne dont le m�tier consiste � faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le m�tier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifi�s et...) au GRAAL continue � d�fendre fermement la r�alit� du Big Bang mais se montre n�anmoins insatisfait du mod�le standard de la cosmologie. Il critique notamment ce qu'il d�crit comme "�la soumission inconditionnelle au mod�le d'univers homog�ne et isotrope�" (c'est-�-dire satisfaisant au Principe cosmologique) qui conduit selon lui � des difficult�s[15]. La plupart de ces critiques ne sont cependant pas �tay�es par des �l�ments scientifiques concrets, et ces personnes ne comptent pas de publications sur le sujet dans des revues scientifiques � comit� de lecture[16]. Il n’en demeure pas moins que la presse scientifique grand public se fait souvent l’�cho de telles positions marginales, offrant parfois une vision fauss�e du domaine � ses lecteurs[17]. Statut actuel Les progr�s observationnels constants dans le domaine de la cosmologie observationnelle donnent une assise unanimement consid�r�e comme d�finitive au Big Bang, du moins parmi les chercheurs travaillant dans le domaine[18]. Il n’existe d’autre part aucun mod�le concurrent s�rieux au Big Bang. Le seul qui ait jamais exist�, la th�orie de l’�tat stationnaire, est aujourd’hui compl�tement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité d'informations...) marginal (Marginal (sous-titrée Anthologie de l'imaginaire) est une collection des éditions OPTA, vouée aux anthologies thématiques de science-fiction.) du fait de son incapacit� � expliquer les observations �l�mentaires du fond diffus cosmologique, de l’abondance des �l�ments l�gers et surtout de l’�volution des galaxies. Ses auteurs se sont d’ailleurs finalement r�sign�s � en proposer au d�but des ann�es 1990 une version significativement diff�rente, la th�orie de l'�tat quasi-stationnaire, qui comme son nom ne l’indique pas comporte un cycle de phases denses et chaudes, lors desquelles les conditions sont essentiellement semblables � celles du Big Bang. Il n’existe d�sormais pas d'argument th�orique s�rieux pour remettre en cause le Big Bang. Celui-ci est en effet une cons�quence relativement g�n�rique de la th�orie de la relativit� (Cet article traite de la th�orie de la relativit� � travers les �ges. En physique, la notion de relativit� date de Galil�e. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'�tude, tant th�orique...) g�n�rale qui n’a � l’heure actuelle (2006) pas �t� mise en d�faut par les observations. Remettre en cause le Big Bang n�cessiterait donc soit de rejeter la relativit� g�n�rale (malgr� l’absence d’�l�ments observationnels allant dans ce sens), soit de supposer des propri�t�s extr�mement exotiques d’une ou plusieurs formes de mati�re. M�me dans ce cas il semble impossible de nier que la nucl�osynth�se primordiale ait eu lieu, ce qui implique que l’univers soit pass� par une phase un milliard de fois plus chaude et un milliard de milliards de milliards de fois plus dense qu’aujourd’hui. De telles conditions rendent le terme de Big Bang l�gitime pour parler de cette �poque dense et chaude. De plus, les seuls mod�les r�alistes permettant de rendre compte de la pr�sence des grandes structures dans l’univers supposent que celui-ci a connu une phase dont les temp�ratures �taient entre 1026 et 1029 fois plus �lev�es qu’aujourd’hui. Ceci �tant, il arrive que la presse scientifique grand public se fasse parfois l’�cho de telles positions marginales[14],[17]. Il est par contre faux de dire que l’int�gralit� du sc�nario d�crivant cette phase dense et chaude est comprise. Plusieurs �poques ou ph�nom�nes en sont encore mal connus, comme en particulier celle de la baryog�n�se, qui a vu se produire un l�ger exc�s de mati�re par rapport � l’antimati�re avant la disparition de cette derni�re, ainsi que les d�tails de la fin de la phase d’inflation (si celle-ci a effectivement eu lieu), en particulier le pr�chauffage et le r�chauffage�: si les mod�les de Big Bang sont en constante �volution, le concept g�n�ral est en revanche tr�s difficilement discutable. Pie XII et le Big Bang L’illustration la plus r�v�latrice sans doute des r�actions suscit�es par l’invention du Big Bang est celle du pape Pie XII. Celui-ci, dans un discours rest� c�l�bre[19] tr�s explicitement intitul� Les preuves de l’existence de Dieu � la lumi�re de la science actuelle de la nature, fait le point sur les derni�res d�couvertes en astrophysique, physique nucl�aire (La physique nucl�aire est la description et l'�tude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) et cosmologie, faisant d’ailleurs preuve d’une connaissance aigu� de la science de son temps. Il ne mentionne aucunement la th�orie de l’�tat stationnaire, mais tire de l’observation de l’expansion et de la coh�rence entre �ge estim� de l’univers et autres m�thodes de datation la preuve de la cr�ation du monde�: "�[…] Avec le m�me regard limpide et critique dont, il [l’esprit �clair� et enrichi par les connaissances scientifiques] examine et juge les faits, il y entrevoit et reconna�t l’œuvre de la Toute-Puissance cr�atrice, dont la v�rit�, suscit�e par le puissant "�Fiat�" prononc� il y a des milliards d’ann�es par l’Esprit cr�ateur, s’est d�ploy�e dans l’univers […]. Il semble, en v�rit�, que la science d’aujourd’hui, remontant d’un trait des millions de si�cles, ait r�ussi � se faire t�moin de ce "�Fiat Lux�" initial, de cet instant o� surgit du n�ant avec la mati�re, un oc�an de lumi�re et de radiations, tandis que les particules des �l�ments chimiques se s�paraient et s’assemblaient en millions de galaxies.�"� Il conclut son texte en affirmant�: "�Ainsi, cr�ation dans le temps�; et pour cela, un Cr�ateur�; et par cons�quent, Dieu�! Le voici, donc — encore qu’implicite et imparfait — le mot que Nous demandions � la science et que la pr�sente g�n�ration attend d’elle. […]�"� N’approuvant pas une telle interpr�tation de d�couvertes scientifiques, Lema�tre demanda audience � Pie XII, lui faisant part de son point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) que science et foi ne devaient pas �tre m�l�es.[20] Il est souvent dit que Pie XII se r�tracta de ce premier commentaire lors d’un discours prononc� l’ann�e (Une ann�e est une unit� de temps exprimant la dur�e entre deux occurrences d'un �v�nement li� � la r�volution de la Terre autour du Soleil.) suivante, devant un auditoire d’astronomes.[21] Sans parler de r�tractation, Pie XII n’�voque plus la cr�ation de l’univers, mais invite les astronomes � "�acqu�rir un perfectionnement plus profond de l’image astronomique de l’univers�".	Source: Wikip�dia publi�e sous licence CC-BY-SA 3.0.
Mati�re noire
Trou noir
GRAVITY observe avec succ�s les abords du trou noir de la Voie Lact�e �
L'expansion de l'Univers est bien plus rapide qu'on ne le pensait
Ondes gravitationnelles: et de deux !
"Siphonner" une �toile: reconstitution par laser
ALMA observe l'oxyg�ne le plus lointain jamais d�tect�
Un trou noir super-massif aliment� par du gaz froid
Le pass� agit� du trou noir de la Voie lact�e
D�couverte de sursauts radio rapides en s�rie