Les explications de Tonton Don - Le modèle standard - 3 - Les éléments légers

Mes très chèr(e)s ami(e)s,
 
Bien le bonjour,
 
Avoir découvert le rayonnement fossile est un pas de plus dans la direction de la validation de la théorie du Big Bang, mais ce n’est pas le seul.
 
Les années 50 ont marqué également un affrontement d’idées entre partisans de l’univers stationnaire et ceux qui prétendaient qu’au contraire l’univers avait une histoire et donc une évolution. Pour comprendre ce débat nous allons revenir loin en arrière et faire à nouveau  appel à vos souvenirs scolaires.
 
Vous souvenez-vous du tableau périodique des éléments chimiques ? C’est un tableau que l’on apprenait à manipuler en cours de physique – chimie au collège. Il répertorie tous les atomes connus à ce jour en les classant par ce que l’on appelle le nombre (ou charge) atomique.
 
Ce terme barbare n’est rien d’autre que le nombre de protons présents dans chaque noyau. Ainsi le premier atome de cette liste, l’élément chimique le plus simple existant dans notre univers est l’hydrogène qui ne comprend qu’un seul proton dans son noyau.
 
Souvenons également de ce que nous avons découvert lorsque nous avons décortiqué un atome : la force d’interaction forte qui soude les protons aux neutrons à l’intérieur du noyau. Et enfin aujourd’hui nous connaissons le fonctionnement d’une étoile telle que notre soleil. C’est un gros combustible nucléaire dont la source d’énergie émane de l’interaction faible.
 
Bien maintenant que nous avons ça en tête, secouons le shaker, et reformulons notre question.
 
Comment expliquer l’abondance des éléments chimiques dans l’univers ?
 
Nous avons principalement dans les années 50 deux théories qui s’affrontent (l’une bien entendu prônant l’univers stationnaire, l’autre un univers en évolution). Nous les appellerons par leurs dénominations scientifiques, à savoir respectivement la nucléosynthèse stellaire et la nucléosynthèse primordiale.
 
Ça en jette comme nom non ?
 
 
Pour faire simple, disons que les premiers suggèrent que l’hydrogène est produit continuellement, et que le temps passant celui-ci se transforme en hélium puis en différents éléments plus lourds à l’intérieur des étoiles (nous y reviendrons).
 
Ces théoriciens pensaient que la proportion d’hydrogène et d’hélium restait donc constante car la partie consommée par les étoiles s’équilibrait avec la création d’hydrogène.
 
A l’inverse, la seconde théorie prédisait, que tous les éléments légers avaient été produits à l’origine de l’univers, puis les éléments plus lourds furent crées par les fusions nucléaires à l’intérieur du noyau des étoiles.
 
Alors qui a raison, qui a tort ? Et comment en avoir une certaine certitude ?
Vers la fin des années 50 en pointant les plus puissants télescopes vers le fond de l’univers, les scientifiques découvrirent de biens curieux objets.
 
Ils sont tellement éloignés de la Terre, qu’on n’arrivait pas à les identifier clairement. Par contre une chose fut sidérante, c’est la fabuleuse quantité d’énergie électromagnétique qui s’en échappait. On les nomma quasar (source de rayonnement quasi stellaire).
 
Non seulement ces objets libèrent une énergie tellement colossale qu’il est difficile d’en comprendre l’origine, et que l’image qu’ils nous renvoient est appréciée avec un très fort décalage vers le rouge (rappelez-vous l’effet Doppler).
 
Pourquoi parlons-nous de quasar alors que nous débattions sur l’abondance des éléments légers ?
 
Tout simplement parce qu’en observant ces lointains objets on constate une très forte abondance d’éléments dits légers, à savoir notre hydrogène mais également de l’hélium et du lithium. Et si l’on observe des galaxies plus proches on constate une augmentation de la fraction d’hélium. Ce que l’on peut traduire plus simplement par le fait que notre univers s’est enrichit progressivement en atomes lourds, produits par la réaction nucléaire à l’intérieur des étoiles.
 
Conséquence ce que nous observons aujourd’hui quant à la diversité des éléments chimiques provient de la nucléosynthèse primordiale. L’hydrogène, l’élément chimique le plus simple est apparu pendant le Big Bang, puis avec l’évolution de l’univers, les éléments chimiques plus lourds furent crées et dispersés dans le milieu interstellaire par les étoiles et explosions d’étoiles. Les tenants d’un univers stationnaire se firent dès lors de plus en plus rares.
 

La théorie du Big Bang s’installe comme nouvelle référence.








To Be Continued …
Tonton Don