Les explications de Tonton Don - Le modèle standard - 2 - Le rayonnement fossile

Mes très chèr(e)s ami(e)s,
 
Bien le bonjour,
 
Maintenant que nous avons mis fin au caractère immuable de notre galaxie,  nous allons pousser le bouchon un peu plus loin.
 
Toutes les galaxies semblent nous fuir. Et plus elles sont éloignée plus elles nous fuient rapidement. En fait il y a un lien proportionnel entre la distance et la vitesse de fuite. Mais ce qui est troublant c’est qu’aucune direction n’est privilégiée.
 
Avec donc un minimum de logique, si elles s’éloignent aujourd’hui,  alors toutes ces galaxies devaient être beaucoup plus proches dans un passé plus lointain.
 
C’est du moins une idée qui va germer dans l’esprit de Georges Lemaître.
 
Lemaître s’est inspiré d’une curieuse solution des équations de la relativité d’Einstein faite par un courageux allemand répondant au nom de Schwarzschild (Karl de son prénom). Ce dernier avait en effet trouvé une solution étonnante aux équations formulées par Einstein, décrivant le champ de gravitation à l’intérieur et à l’extérieur d’une boule de matière (en gros une étoile), en supposant toutefois que la densité y soit homogène. Sa solution était la suivante :
 
A l’intérieure de la sphère, plus on rajoute de la matière, plus le rayon grandit proportionnellement  à sa masse (ce qui semble intuitif), mais il existe une limite à partir de laquelle la pression orchestrée devient infinie. C’est ce que l’on appelle un état de singularité, ou bien un trou noir (mais nous y reviendrons) et Lemaître a une conviction. Si les galaxies s’éloignent aujourd’hui, alors dans un passé lointain, les galaxies étaient beaucoup plus proches au point d’être concentrées sur une région particulièrement petite et dense, cette région ne devait excéder la taille d’un minuscule atome. Et ce point n’était rien d’autre que la singularité originelle.
 
J’oublie toutefois de préciser que Lemaître était un prêtre, et que de sa notion de singularité originelle vont naître différentes railleries. En effet, en instaurant l’atome originel et le cataclysme qui en découla, certains esprits mal tournés y ont vu une volonté d’incorporer le divin de la chrétienté. Et fait amusant, c’est en prenant le rôle de détracteur, que l’astronome Hoyle, voulant ridiculiser Lemaître, instaura le terme de Big Bang. Terme qui au final resta jusqu’à ce jour. La postérité tient parfois à bien peu de chose, mais revenons aux travaux de Lemaître.
 
Lemaître, s’appuyant sur les travaux de Hubble échafaude différents scénarios dans lesquels l’Univers est en expansion et a connu une jeunesse particulièrement chaude du fait de la densité de matière compactée dans un environnement très restreint.
 
Par la suite, dans les années 50, le physicien George Gamow prévoit pour un tel univers, qu’il a nécessairement fallu que durant sa jeunesse, l’Univers ait dû être baigné dans un plasma.
 
Il s’agit d’un gaz, dans lequel les électrons sont arrachés à l’atome. Puis sous l’effet de l’expansion, l’Univers se dilate, ce qui a pour effet de refroidir le plasma, permettant ainsi aux électrons de rejoindre les protons.  C’est ce que la physique appelle la recombinaison. Celle-ci a libéré un rayonnement, et comme l’univers depuis est transparent, nous devrions pouvoir trouver des traces d’un tel passé, en vertu du principe de l’effet Doppler.
 
Pour le dire autrement notre univers a du connaître dans sa prime jeunesse une période où la matière telle que nous la connaissons n’existait pas. L’énergie non plus d’ailleurs ! En fait à cette température de plusieurs milliards de degré, matière et énergie sont fusionnées.
 
C’est notre plasma.
 
Et lorsque l’univers s’est suffisamment dilaté, énergie et matière furent séparés, les premières associations protons électrons générèrent les photons (lumière pure) qui fusèrent dans un univers devenu transparent.
 
C’est Le flash cosmique. Notre premier matin du monde.
 
Ce fut dès lors une quête pour un certain nombre de chercheurs, de scientifiques. Prouver la théorie du Big Bang en trouvant ce flash.
 
Et qui le trouva ? Deux ingénieurs de chez Bell : Robert Wilson et Arno Penzias. Fait amusant, ils ne le cherchaient pas du tout puisqu’ils construisaient une antenne métallique afin de papoter avec les premiers satellites de communication. Ils furent surpris d’être gêné par un « bruit » parasite qu’ils ne parvenaient pas à  identifier, et qui persistait quel que soit la direction prise par leur antenne. Et ce parasite était le bourdonnement issu du « premier matin du monde » : ce qu’on appelle aujourd’hui le rayonnement fossile.
 
Et pour traduire ce rayonnement, nous avons envoyé dans l’espace les satellites COBE en 1992 et WMAP en 2003 munis de capteurs ultrasensibles afin d’’enregistrer d’éventuelles différences de températures au sein de ce rayonnement.
 
Le résultat fut surprenant. La matière est répartie de façon presque homogène. La première pierre à l’édifice du modèle standard est posé.






To Be Continued …

Tonton Don