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Sciences -Histoire de l'Univers & de la matière /
Sciences -Universe & Matter History

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-> Du Big Bang à l'Univers contemporain
-> Les premières minutes de l'univers
-> Les 4 interactions régissant le monde d'aujourd'hui
-> Les principaux composants du cosmos
-> Le bruit de fond des premiers âges
-> Le chaînon manquant
-> Les spécialistes
-> Les dates (1947-2007)
 



-> La théorie du Big Bang (projet LUXORION)



   -> Du Big Bang à l'Univers contemporain
Moins d'un milliard d'années après le Big Bang, un allumage torride s'est produit dans l'Univers, mettant le feu à des centaines de milliards d'étoiles.
Le grand artificier cosmique a, d'emblée, tiré un spectaculaire bouquet final, gardant ses pétards mouillés pour la fin.

(années)
0
 
Big Bang (George Gamow, 1948)

L'univers mesure alors 10-33 cm
    L'univers est rempli de gaz ionisé
376 000   Première lumière de l'univers
L'Univers devient opaque
    L'âge sombre
500 millions   Etoiles et galaxies
Sous l'effet de la gravité, la matière forme les premières étoiles, qui s'assemblent en galaxies
    La Renaissance cosmique. Allumage de la première génération d'étoiles à un taux extraordinaire
    Evolution des galaxies
7 milliards   Les anciennes théories situaient à cette époque le pic de formation stellaire
9,21 milliards   Système solaire
Les planètes se forment par collisions successives de poussières de différentes tailles
13,77 milliards   Univers contemporain
La physique ne dispose pas des outils nécessaires pour décrire le temps zéro de l'univers.
Les modèles cosmolologiques prédisent tout juste qu'à ses débuts, l'univers était très dense, chaud et minuscule.

Il n'a fallu que quelques minutes à l'univers pour constituer des noyaux atomiques légers, mais il lui faudra 376 000 ans pour parvenir à combiner les premiers atomes complets (hydrogène, hélium), ajoutant des électrons aux noyaux, la température ayant considérablement décru à seulement 3000°C. Les photons, piégés par les électrons libres, peuvent alors circuler librement.
Après cette fuite des premiers rayonnements, le ciel s'assombrit et se refroidit pendant environ 100 millions d'années ; certaines régions de l'espace se condensent peu à peu donnant naissance à d'épais nuages d'atomes d'hydrogène et d'hélium. Au terme d'un lent processus d'agrégation, ces nuages vont s'effondrer sur eux-mêmes et allumer en leur coeur des phénomènes de fusion nucléaire donnant naissance aux premières étoiles (dites de population III). L'univers entre dans sa renaissance cosmique : il pétille d'étoiles naissant à un taux délirant.
La durée de vie des étoiles est directement liée à la masse de ces étoiles (le soleil a une durée de vie de 10 milliards d'années, une étoile de masse 50 % aurait, elle, une durée de vie de 50 milliards d'années). Les étoiles de population III, massives, se forment d'abord dans le disque galactique ; elles disparaissent dans de formidables explosions de supernovae en constituant des nuages de poussière et d'éléments organiques, berceaux futurs des étoiles de seconde génération. Les étoiles de population II, moins massives, (dans les amas globulaires qui constituent en partie le halo des galaxies) se forment avec 1 000 fois plus d'éléments lourds et sont ensuite devenues des naines très peu lumineuses puis enfin, nos étoiles de génération I arrivent.
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  -> Les premières minutes de l'univers
  • Il y a 13,77 milliards d'années : photons engendreront temps, espace et matière.
    10-43 seconde   Temps de Planck
    Limite de validité de la physique d'aujourd'hui
    10-32 seconde   Inflation
    L'univers se dilate plusieurs millions de milliards de milliards de fois
    10-20 seconde   Plasma quarks-gluons
    A l'issue de l'inflation, l'univers est une soupe de particules, essentiellement des quarks et des gluons
    10-12 seconde   Protons et neutrons
    L'univers se refroidit rapidement. Les quarks s'associent pour former protons, neutrons, électrons, particules exotiques et leur correspondant en anti-matière
    0,01 milliseconde   Noyaux
    Protons et neutrons s'unissent pour former les noyaux atomiques
    3 minutes   Atomes
    Les électrons se lient aux noyaux pour constituer des atomes légers : hydrogène, deutérium, hélium, lithium, béryllium,

    200 millions d'années
    et durant 500 000 ans
      fusion hydrogène, hélium -> atomes carbone, néon, oxygène, silicium, soufre, etc.
    fer, premières générations d'étoiles,
    ...   réactions nucléaires : cuivre, plomb, uranium.
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      -> Les 4 interactions régissant le monde d'aujourd'hui
    la force faible   courte portée - véhiculée par les bosons Z0, W* et W-, responsables de certaines formes de désintégration radioactive
    la force électromagnétique   fait du photon - responsable des phénomènes électrique et magnétique de la lumière et de la chaleur, il permet à l'électron de s'associer au noyau
    l'interaction forte   courte portée - assurée par les gluons. Ceux-ci lient entre eux les quarks, constituants de neutrons et protons, et maintient ces derniers dans le noyau de l'atome
    la gravitation   Due à la courbure de l'Espace-temps, elle est responsable de l'attraction des corps massifs entre eux.
    Au temps de Plank, ces 4 interactions constituaient une seule et même force.
    Stephen Hawking tente d'élaborer une "Théorie du tout"/"Théorie de la grande unification" afin d'intégrer la gravitation dans le monde quantique.
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      -> Les principaux composants du cosmos
    énergie noire   69,2 %   (responsable de l'expansion de l'univers)
    matière ordinaire   4,9 %
    matière noire   25,9 %   (Fred Zwicky, 1933 - cohésion gravitationnelle des amas stellaires)
    (Wimps-Weakly Interactive Massive Particles)
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      -> Le bruit de fond des premiers âges
    Envisagé par George Gamow, puis oublié, Robert Wilson et Arno Penzias détectent en 1964 le "Fond diffus cosmologique" qui est la relique de la première lumière libérée dans le cosmos 376.000 ans après le Big Bang.
    Avec le projet des Bell Labs, de mesurer les ondes radio émises par la Voie lactée et devant étalonner leurs appareils, Wilson et Penzias ne parviennent pas à éliminer, malgré les efforts apportés et les soins vérifiés, un étrange bruit de fond ininterrompu, d'intensité constante, dans toutes les directions de l'espace (ne provenant donc ni de la Terre, ni de la Voie lactée, ni d'aucune autre source ponctuelle) avec une longueur d'onde de 7,36 cm, une température de 3°K. Après consultation de Princeton (James Peebles, Robert Dicke, Peter Roll et David Wilkinson), la conclusion est que ce signal incessant correspond à la lumière qui a jailli partout dans l'espace quand les premiers atomes ont été créés.
    Deux papiers sont publiés en 1965 dans Astrophysical Journal :
    - l'un par Wilson et Penzias, décrit le "fond diffus cosmologique".
    - l'autre et par les chercheurs de Princeton, explique les conséquences pour la théorie du Big Bang.
    Wilson et Penzias obtiennent le Nobel de physique en 1978.
    Des recherches recentes établissent la cartographie de l'écho lumineux du Big Bang : en 2001, Cobe/WMap de la NASA, en 2009, Plank de l'ESA.
    La température résiduelle du cosmos est mesurée à 2,7255 Kelvins.
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      -> Le chaînon manquant
    Quel a été, au juste, le déclencheur de la Renaissance cosmique ? Fabriquer une étoile est chose difficile : il y a une différence de rapport de densité de 10 puissance 30 entre le milieu interstellaire et les étoiles !
    Qui a fabriqué ces riches ingrédients que l'on retrouve dans les plus vieilles étoiles visibles, cette fameuse première génération stellaire ("de génération III"), qui a cuit dans son four interne l'hydrogène et l'hélium, et a fabriqué par fusion nucléaire, les tous premiers éléments lourds ?

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      -> Les spécialistes
        Kenneth Lanzetta (Université de New York)     Jean-Pierre Chieze (Commissariat à l'Energie Atomique)
        Tom Abel (Harvard Smithsonian Center, USA)     Vincent Coudé du Foresto (observatoire de Paris-Meudon).

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