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Le Big Bang

Qu'est-ce que l'univers ?

Il faut essayer de comprendre que l'univers est quelque chose de vraiment gigantesque, plus grand que tout ce que tu peux imaginer ! Même les chercheurs qui étudient ce sujet tous les jours ont du mal à comprendre à quoi ressemble l'univers.

On l'imagine souvent comme une sorte d'immense ballon rempli de galaxies mais un ballon qui n'aurait pas de paroi, pas de centre et rien autour de lui, pas d'extérieur... Ca tout le monde le dit, mais en réalité personne ne comprend exactement à quoi ça ressemble... Tu as vu comme moi que l'univers contient des planètes, des étoiles, des galaxies, des quasars, des trous noirs et peut-être même des extraterrestres, mais ce n'est pas certain...

L'univers contient aussi beaucoup de gaz et des poussières flottant au hasard dans l'espace. Certains éléments sont issus de la formation de l'univers mais d'autres ont été éjectés par des étoiles au moment de leur explosion en supernova.

Aussi loin qu'on regarde dans l'univers avec un grand télescope, on voit des galaxies, et encore des galaxies. Quelle que soit la direction dans laquelle on regarde et quel que soit le grossissement, on voit des galaxies par milliers, comme si l'univers était homogène et illimité...

Les astronomes ont découvert des galaxies à plus de 10 milliards d'années-lumières et pensent qu'il en existe encore beaucoup plus éloignées. Récemment en effet, certains physiciens ont estimé que le rayon de l'univers mesurait a.l., un 1 suivi de mille milliards de zéros ! Tout cet espace est probablement rempli de galaxies.

Quelle que soit la direction dans laquelle on regarde le ciel, et quel que soit le grossissement ou la distance, ici l'amas d'Hercule à 400 millions d'années-lumière, on découvre encore et toujours des galaxies... La plupart se rassemblent dans des amas. Le ciel en est rempli !

Mais on peut se demander à quoi ça sert d'avoir un univers si vaste si de toute façon on n'a pas les moyens ni le temps pour l'explorer ? Et bien personne n'en sait rien ! L'univers existe, un point c'est tout. Qui l'a fait et pourquoi ? Comme personne ne le sait, certains pensent que c'est Dieu mais personne n'en sait rien non plus. 

Alors les astronomes ont essayé de comprendre comment l'univers s'est formé, s'il y a eu un début où s'il a toujours été là, comment il évolue et s'il va ou non disparaître un jour. Aujourd'hui, personne ne connaît la réponse mais plusieurs théories ont été proposées.

En 1929, l'astronome américain Edwin Hubble découvrit que toutes les galaxies s'éloignaient les unes des autres, parfois à plus de 1000 km/s (3.6 millions de km/h) ! Tout d'abord on pensa qu'elles s'écartaient toutes de la Voie Lactée. Mais on ne comprenait pas pourquoi elles nous fuyaient toutes. En fait c'était une illusion d'optique car en réalité c'est l'univers qui est en expansion et grandit continuellement. Les galaxies ne font que suivre ce mouvement comme des pastilles collées sur un ballon qui gonflerait continuellement.

Puis, en 1965, grâce aux radiotélescopes, les astronomes ont découvert que l'univers n'était pas tout à fait froid et qu'il restait un tout petit peu de chaleur dans l'espace. Sa température est de +2.73 K soit -270.42°C. C'est évidemment très froid mais c'est un tout petit peu plus chaud que le 0° absolu (0 K) qui est de -273.15°C. D'après les calculs et des expériences de laboratoire, l'univers s'est refroidi au cours du temps et devait présenter une température atteignant plusieurs milliards de milliards de degrés il y a environ 13.8 milliards d'années ! Mais quel phénomène a provoqué cette chaleur et pourquoi l'univers continue-t-il de grandir ? On dirait qu'il y eut une explosion...

La naissance de l'univers

Après beaucoup de calculs et d'expériences faites dans des laboratoires de physique, on pense qu'au commencement des temps, l'univers avait une taille microscopique et contenait une quantité énorme d'énergie.

A l'aube des temps, il n'existait donc pas encore de galaxie, ni d'étoile, ni de planète et aucun atome, pas même de gaz, rien. Tout l'univers tenait dans un volume des milliards de fois plus petit qu'un atome, super chaud et super dense et contenant uniquement de l'énergie. Ca devait ressembler à une sorte de lumière mais dont l'énergie était tellement élevée qu'elle tuerait n'importe qui en une seconde, un peu comme des rayons gamma mais plus intense encore.

Il fallait en fait toute cette énergie car c'est elle qui donna naissance à tous les atomes, toute la matière et donc à toutes les étoiles et les galaxies qu'on observe aujourd'hui dans l'univers.

Le Big Bang. Clique sur les images de gauche et du centre pour lancer les animations.

Au commencement donc, tout d'un coup, on pense qu'il y eut un sursaut d'énergie, comme une vague plus importante que les autres. Elle donna naissance à notre univers au cours d'un phénomène qui ressemble à une explosion et qu'on appelle le Big Bang. Cette énergie était tellement importante qu'elle créa la matière qui donna naissance à l'univers ! 

Au début il n'y avait que des particules élémentaires. Avec le temps, elles se sont lentement combinées pour former les premiers atomes et molécules.

Pendant quelques centaines de milliers d'années, l'univers n'était pas sombre, mais au contraire très lumineux en raison de l'énergie omniprésente. Puis, lorsqu'il fut suffisamment vaste et refroidit, il est devenu transparent comme aujourd'hui. Mais au début il n'y avait pas encore d'étoiles ni de galaxies.

Ensuite, les premiers atomes et molécules se sont associés pour former des nuages de gaz ont donné naissance aux étoiles. Les étoiles se sont ensuite rassemblées pour former les galaxies.

Au bout de 10 milliards d'années, le Soleil est né dans un nuage de gaz dans l'une de ces galaxies, la Voie Lactée. La Terre, la Lune et les autres planètes se sont formées ensuite et lorsque la Terre fut assez froide, environ 800000 ans plus tard, la vie s'y est développée. Il fallut attendre près de 4 milliards d'années pour que l'homme apparaisse, puis un jour tes parents sont nés et te voilà ! Ainsi, depuis le début de l'univers il s'est écoulé environ 14 milliards d'années...

A voir : La théorie du Big Bang

Document T.Lombry.

La mort de l'univers

Enfin, il reste une dernière question : comment l'univers finira-t-il ? On sait maintenant qu'il a débuté tout petit et très chaud et qu'il est aujourd'hui presque froid et gigantesque, comme un ballon qui aurait gonflé démesurément. Bon, heureusement l'univers ne peut sans doute pas éclater comme un ballon, mais comme lui il peut se dégonfler !

Que va-t-il se produire dans quelques milliards d'années ? L'univers va-t-il continuer à enfler ou au contraire va-t-il se dégonfler, faire marche arrière pour se contracter et revenir au début ?

Etant donné que personne ne peut venir du futur pour nous expliquer ce qui va se passer, les astronomes ont fait des calculs pour essayer de répondre à cette question. Ils ont également essayé de mesurer l'univers pour connaître sa forme. Malheureusement il y a plusieurs réponses et personne ne sait aujourd'hui laquelle est la bonne !

Si l'univers contient beaucoup de matière par exemple, sous l'effet de la gravitation l'expansion peut ralentir puis s'arrêter et l'univers pourrait faire marche arrière, redevenir tout petit avant que les étoiles et les galaxies soient absorbées par les trous noir et disparaissent définitivement comme le montre l'animation présentée à droite. 

Mais rassure-toi, il ne le fera certainement pas avant plusieurs dizaines voire des centaines de milliards d'années. Actuellement on n'a observé aucun amas de galaxies ralentir mais c'est un phénomène très très lent que l'on ne peut pas détecter au cours d'une vie humaine.

En revanche, si l'univers contient très peu de matière, l'expansion va continuer très longtemps, peut être indéfiniment. Dans ce cas, l'univers va progressivement se refroidir, toutes les étoiles vont s'éteindre et mourir et il ne restera que des trous noirs (voir La vie et la mort des étoiles) dont la température sera au début inférieure à celle de l'espace.

Au bout de plusieurs milliards de milliards d'années, les trous noirs vont capturer tous les astres qui restent encore dans l'univers et vont devenir de plus en plus massifs et volumineux. Pour finir, lorsque les trous noirs seront plus chauds que l'espace, un peu au-dessus de -273.15°C, ils vont s'évaporer et disparaître dans une explosion de lumière.

Lorsque l'univers sera parvenu à la température du zéro absolu soit -273.15°C, à ce moment là il n'y aura plus rien du tout dans l'univers à part quelques particules élémentaires. Il fera noir et froid, il n'y aura plus aucune réaction chimique ou physique, l'univers sera mort...

Il est mort, l'univers

Dans un trillion de trillion de trillon de siècles (1050 ans), tous les astres auront disparus et seul le rayonnement continuera à se propager dans l'univers. L'univers contiendra uniquement des photons, des neutrinos et des trous noirs. Lorsque la température de l'univers sera égale à celle des trous noirs, vers -273.15°C, ceux-ci s'évaporeront en libérant toute l'énergie qu'ils contiennent. Ca fera un formidable feu d'artifice ! Malheureusement, il n'y aura plus personne pour le voir...

Pourquoi l'univers ?

Lorsque l'univers et nous tous serons morts, alors il restera une question en suspens : pourquoi l'univers a-t-il été créé ? La réponse n'est pas dans les livres ni sur Internet...

Toutefois, si tu as une idée de la réponse, peut-être aimerais-tu devenir astronome ou astrophysicien(ne) pour tenter de répondre aux nombreuses questions qui restent sans réponse et essayer de comprendre comment l'univers s'est-il formé et dans quel but. Je t'invite donc à lire le dernier chapitre de ce dossier consacré au métier d'astronome ainsi qu'à ceux de l'espace.

Prochain chapitre

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