jeudi, 30 mars 2017

Les toutes, toutes premières fois

Comment tout (ou presque) a commencé !

les toutes premières galaxies

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Posté par fabrice
 

- 13 milliards 300 millions d’années (environ)

La renaissance cosmique

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La petite enfance de l’univers est plutôt sombre ; après les fracas du Big Bang, durant au moins les premières 200 millions d’années, pas une lueur à l’horizon. Aucune étoile, aucune planète n’a investie le firmament. C’est l’âge sombre de l’univers.

Celui-ci a débuté au moment où l’univers a émis ses premiers rayonnements, 380 000 ans après le Big Bang. Sortant d’un plasma extrêmement chaud et dense, il est devenu à cet instant enfin transparent. Autrement dit observable. Transparent, oui mais d’une composition (matière noire, énergie et gaz neutre) qui n’a rien de tendance, d’autant que les sunlights que sont les étoiles ne font pas encore partie du paysage.

Flambées d’étoiles réchauffent la longue nuit de l’univers

Malicieux comme un enfant, l’univers fait ses coups en douce; il prépare son entrée sous les sunlights. Grâce aux légères différences de densité de matière disséminée au sein du jeune univers (situation vérifiée par le satellite américain Cobe), la matière commence à s’agréger. Par endroits, elle forme des grumeaux. Peu à peu, se mettent en place des structures de matières : là, en filament, ici sous forme d’amas ou de feuillets. Le look de cet univers adolescent est à peu près celui d’une éponge.

Âgé d’à peine quelques centaines de millions d’années, l’univers découvre la boite d’allumette qui va allumer le feu. Il s’agit en fait de gigantesques nuages d’hydrogènes. Ceux-ci rassemblent l’équivalent de plusieurs centaines de milliers de soleils qui vont s’effondrer sur eux mêmes. Pour la première fois le ciel s’embrase réellement et connaît une flambée d’étoiles [1]. Cela marque le fin de l’âge sombre et le début de ce que les scientifiques appellent « la renaissance cosmique ».

Hélas, l’univers n’a pas acquis l’expérience nécessaire et ses premières étoiles avides d’éclats brûleront comme un feu de paille. Après un parcours éphémère, elles exploseront comme le font les stars du ciel, en supernovæ.

Génération sacrifiée ? Peut-être, mais pas en vain. En explosant, ces supernovæ vont répandre dans l’univers les premiers éléments lourds (la série des atomes, du carbone jusqu’au fer dont nous sommes d’ailleurs constitués) fabriqués dans leur cœur. Se nourrissant de ces noyaux lourds, la seconde génération d’étoiles aura une espérance de vie plus longue. L’important n’est pas tant l’éclat que la durée.

Tops modèles pour divas du ciel

L’univers vient de fêter son demi milliard d’années d’existence et se prépare à devenir adulte. C’est probablement à cette époque que les toutes premières galaxies apparaissent; entre 13.3 et 12.9 milliards d’années, selon les observations, peut-être même avant. En fait, il y a encore beaucoup d’inconnus et on ne sait pas exactement, qui des étoiles ou des galaxies sont apparus les premiers, comme on le verra plus loin.

En effet,  les modèles des scientifiques divergent. L’observation devient délicate à ces distances extrêmes et ne corroborent pas toujours les modèles théoriques, ni sur l’âge, ni sur le scénario. De manière synthétique, deux scénarii cohabitent : soit les premières galaxies ou proto-galaxies étaient petites et par collision entre-elles ont grossi (modèle dit hiérarchique), soit, d’emblée, l’univers a créée des galaxies massives.

Pour corser l’affaire, les observations qui permettraient de départager ces options reposent également sur deux techniques différentes : la spectroscopie et la photométrie [1]. Aujourd’hui, la photométrie, mesure la plus précise, fournit 3 ou 4 galaxies candidates autour de 700 millions d’années après le Big Bang. L’autre méthode avait cru déceler la plus ancienne galaxie, 480 millions d’années après le Big Bang. Cet âge a ensuite dû être légèrement réévalué.

Crise de croissance

Actuellement, c’est le premier modèle qui tient la corde, celui dit de croissance hiérarchique. Selon cette théorie, les toutes premières galaxies avaient probablement beaucoup moins d’embonpoint que celles d’aujourd’hui. Tout indique qu’elles étaient jusqu’à 1000 fois moins massives que les galaxies actuelles et d’une dimension, au moins dix fois inférieur. En outre, elles connaissaient une promiscuité aujourd’hui oubliée. Normal, l’univers était aussi plus petit.

Ces premières galaxies n’étaient pas nécessairement porteuses d’étoiles mais pouvaient contenir uniquement des nuages de gaz . Leur principale « activité » était le cannibalisme. Autrement dit, elles absorbaient leur consœur. Ces collisions provoquaient des frictions entre les différents nuages de gaz qui déstabilisaient leur équilibre provoquant un effondrement local. C’est ainsi que s’allumaient presque simultanément des paquets d’étoiles.

La suite, on la connaît. Les galaxies avaient gros appétit. D’absorption en digestion, elles ont fini par ouvrir la voie aux galaxies de la taille de la Voie Lactée, avec leurs attributs –comme les bras spiraux – dont elles étaient, les pauvres, démunies au départ.

Mais cette jeunesse galactique n’avait-elle pas les yeux plus gros que le ventre ? C’est toute la question. Car actuellement, ce modèle bute sur la capacité de « cannibalisme » de ces galaxies sur une durée très courte. En effet, pour être conforme au résultat actuel, il aurait fallut que des dizaines de milliers (peut-être 100 000) de protogalaxies se mélangent sur un laps de temps très court. D’où, le second scénario qui lui plaide en faveur de la formation de grosses galaxies, dès le départ.

Quoi qu’il en soit, quelle époque merveilleuse où l’Histoire se racontait et s’écrivait autour d’une bonne flambée d’étoiles …

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Cette illustration et celle en haut de l’article correspondent à une simulation numérique de formation des grandes structures. De gauche à droite, chaque image correspond à un agrandissement d’un facteur 4 par rapport à l’image précédente. En haut, la couleur correspond à la densité de gaz au sein de galaxies. Dans cette image (bas de l’article), il s’agit des étoiles des mêmes régions, bleues pour les jeunes et rouges pour les plus vieilles. Source CEA/SAP

1 – A la question, qui est arrivé en premier, les étoiles ou les galaxies ? Actuellement pas de réponse tranchée. Le satellite Herschel, lançé le 14 mai 2009, doté d’un télescope de 3.5 mètres de diamètre devrait permettre d’apporter la réponse en scrutant le ciel lointain dans l’infrarouge, là où personne n’est jamais allé.

2- La spectroscopie consiste à étudier l’ensemble du spectre de rayonnement d’un objet céleste, ici une galaxie. Cela se traduit par des raies spectrales; le décalage spectral entre le spectre de la galaxie et un spectre de référence détermine sa distance; plus ce décalage est situé vers le rouge plus la galaxie est lointaine et s’éloigne de nous. La photométrie repose sur l’analyse quantitative d’une partie du rayonnement ; moins précise que la première approche mais plus rapide, elle nécessite une confirmation par la première méthode.


A voir, à lire et à visiter pour aller plus loin :

  • Les dossiers de La Recherche  – Mai 2009 Le Big Bang : révélations sur l’origine de l’Univers.
  • Le parc aus étoiles – Musée d’Astronomie à Triel-sur-Seine dans les Yvelines. La visite comprend la découverte du Parc aux Étoiles où l’Univers a été reconstitué, en relief et en couleur, l’histoire de l’aventure spatiale, de Spoutnik aux futures stations planétaires, ainsi que la grande lunette avec observation du soleil.
  • La vie mouvementée des galaxies Elles sont aux étoiles ce que les ruches sont aux abeilles… Les galaxies qui, par centaines de milliards, peuplent le cosmos ont aussi une histoire… Un Podcast en 3 épisodes avec Pierre-Alain Duc, astrophysicien chargé de recherche au CNRS, au Service d’Astrophysique du CEA à Saclay.
  • Mystères de la formation des Galaxies : Vers une nouvelle physique? de Françoise Combes, astronome à l’Observatoire de Paris, membre de l’Académie des sciences. Devrons-nous remettre en cause les lois de la gravitation, un des piliers de la physique, pour expliquer la naissance des galaxies ?
  • Chroniques des atomes et des galaxies Issus des chroniques hebdomadaires de Hubert Reeves sur France Culture, ces textes brefs constituent un véritable tour de force par la simplicité avec laquelle l’auteur présente notre compréhension du cosmos sans pour autant masquer la subtilité des notions évoquées : le Big Bang, la courbure de l’Univers, la matière et l’énergie  » sombres « , les univers parallèles, le principe anthropique, les trous noirs, etc. Une remarquable mise à jour des plus récentes découvertes de l’astrophysique et de la cosmologie.
  • Le Grand Atlas de l’Univers Voici le plus grand atlas de l’Univers jamais publié ! Il vous propose un voyage stupéfiant, mettant à portée de vos mains les objets célestes les plus proches comme les galaxies les plus éloignées.



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