mercredi, 20 septembre 2017

Les toutes, toutes premières fois

Comment tout (ou presque) a commencé !

1er coup d’accélérateur de l’expansion cosmique

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Posté par fabrice
 

- 7 milliards d’années

Crise de croissance

Avant la naissance du Système Solaire, l’Univers a donné un sérieux coup d’accélérateur à son expansion. Pourtant la tendance était à la baisse depuis plusieurs milliards d’années. En cause, une énergie dite noire, c’est-à-dire encore inconnue, qui compense les effets de la gravitation. En dehors de la période supposée inflationnaire juste après le Big-Bang, c’est la toute première crise de croissance de l’Univers devenu adulte. Croissance mais jusqu’où et pourquoi ?

Il y a 7 milliards d’années environ (certains l’estiment à 5 ou 6 milliards d’années), l’expansion de l’univers s’est mise à accélérer. Pour la toute première fois, ou presque (voir encart), le cosmos appuie sur le champignon !

Ce phénomène a été détecté pour la toute première fois, en 1998, lors de l’étude d’une supernova et confirmé 3 ans plus tard. Cette accélération n’est évidemment pas sans conséquence sur le destin de l’univers et notre propre histoire.

Durant la première moitié de vie de l’univers (1), l’expansion a été freinée par la gravité, c’est-à-dire la matière qui constitue les galaxies, les étoiles et les planètes. Sauf, pendant une très courte période qui a eu lieu dans les tout premiers instant de l’univers, période encore hypothétique que les scientifiques nomment « période d’inflation » ; ( voir encart).

Pourquoi diable, l’univers s’est-il mis subitement à enfler ?

On le sait, la force gravitationnelle agit comme un aimant vis-à-vis des objets constitués de matière. Il a fallu donc une autre force pour contrecarrer cette action. Une force qui, cette fois, n’attire pas mais repousse. Autrement dit, une force répulsive.

D’où provient cette force répulsive ? Si on en constate ces effets, en revanche les scientifiques ignorent tout de la composition de cette force qui contrecarre la gravitation. D’où son nom : l’énergie sombre ou encore énergie noire. On pense simplement qu’il s’agirait d’une énergie du vide et qu’elle agit de manière uniforme dans l’univers.

En cela, elle ressemble comme deux gouttes d’eau à la Constante cosmologique évoquée en son temps par le grand Albert, En 1917, Albert Einstein écrivit à propos de la Constante Cosmologique qu’il avait introduit dans ses équations :  » il convient de souligner, toutefois, que la constante cosmologique ne s’avère nécessaire que dans le seul but de rendre possible une distribution quasi statique de la matière, comme l’exige le fait des faibles vitesses des étoiles ».

Cette constante a donc été intégrée de manière arbitraire par Einstein pour rendre l’Univers statique, immuable et éternel ; en accord avec ses propres convictions.et conforme à l’image que l’on s’en faisait à l’époque.

Cette constante reprend donc aujourd’hui du service. Car si elle peut rendre l’univers statique, en modifiant sa valeur, elle permet d’expliquer aujourd’hui l’accélération cosmique constatée.

La valeur de cette constante, bien que non nulle, est cependant infinitésimale. Elle affiche une valeur non nulle, au bout d’un défilé de 119 zéros après la virgule. Si on devait tomber par hasard sur cette valeur, on aurait une chance sur un milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard de milliard (2).

Une broutille qui change tout. Surtout, que légèrement différente et rien n’aurait été pareil. Le taux d’expansion, juste après le Big Bang, aurait été un milliardième plus lent ou plus rapide et l’univers se serait recroquevillé ou dispersé.

Mais revenons à cette énergie sombre. Si elle existe, pourquoi est-elle restée inopérante durant les premiers âges de l’univers ? Il est probable que cette force répulsive, anti-gravitationnelle, était là dès l’origine de l’univers mais d’une manière masquée. Elle se serait manifestée dès lors que l’univers a acquis une certaine taille.

Et maintenant que va-t-il se passer ?

Pour dessiner l’avenir de l’Univers, il y a un autre facteur à prendre en compte : il s’agit de la quantité totale de matière. Si celle-ci dépasse un seuil critique, alors arrivera un moment où la matière, via la gravité, prendra le pas sur la force répulsive.

Big Crunch ou expansion à l'infini, scénario de l'Univers

Dans cette hypothèse, nous irions tout droit (mais dans des milliards d’années) vers un big crunch, c’est-à-dire le Big bang à l’envers. Dans le cas contraire, l’univers poursuivra à l’infini son expansion jusqu’à une mort douce mais certaine.

Le problème est que, à l’instar de l’énergie noire, seule 10 % de la matière nous est connue. Le reste fait défaut à nos observations. C’est la matière sombre. La Voie Lactée, notre galaxie, contiendrait au moins 7 à 8 fois plus de manière sombre que de matière ordinaire que constituent les planètes, les étoiles, bref toutes les particules de matières dites baryoniques, c’est-à-dire qui composent notre monde réel.

Actuellement, il y a une majorité de scientifiques à estimer que la totalité de matière est inférieure à la densité critique. Le Big crunch est donc peu probable mais pas totalement exclu.

Energie sombre, matière noire, nous sommes, hélas, toujours et encore dans le noir pour expliquer le comportement de l’univers et son devenir. Une seule certitude, l’univers est pleine crise de croissance !


L’Inflation : un coup d’accélérateur bref et salvateur !

L'expansion de l'universL’univers n’est pas en accélération pour la toute première fois. Non, le premier coup d’accélérateur d’expansion aurait été donné, – selon une théorie partagée par la majorité des scientifiques et quasiment confirmé par les révélations du satellite Planck -,  quelques instants après le Big Bang, il y a 13 milliards 820 millions d’années.  C’est la théorie de l’inflation, proposée déjà en 1980 par Alan Gruth.

Cette inflation débute 10 puissance – 35 seconde après le Big Bang et dure un instant infinitésimal. Elle permet d’expliquer pourquoi l’univers est homogène.

Peut-être déclenchée par l’inflaton (dont on ignore tout), l’univers connait alors une expansion très brève et extraordinairement brutale. On a coutume de dire que l’univers aurait plus grandit entre sa naissance et cette phase d’inflation (qui le porte aux dimensions d’une orange)  qu’ après !

Pour ce faire une idée, un espace de la taille d’un petit pois deviendrait plus vaste que l’Univers observable, en un temps si court qu’un simple battement de cils durerait une éternité, un million de milliards de milliards de milliards de fois plus longtemps (3).

Avec cette inflation et son bras armé l’inflaton, on assiste aux toutes premières manifestations de la force répulsive. L’inflaton, s’il est confirmé, serait aussi à la source de tout ce qui apparu ensuite dans le cosmos (4).

Ce fut, pour le coup,  un sacré coup d’accélérateur aussi éphémère que fécond !

 


La face sombre de l’énergie

On l’a compris l’énergie sombre ou encore appelée noire a été introduite pour expliquer l’expansion cosmique. Elle représente, selon les résultats du satellite Planck, 68.3% de l’ensemble du contenu de l’Univers. Le reste est composé de 26,8 % de matière noire et de 4,9 % de matière visible. Autrement dit, plus de 95 % de l’univers restent inconnus.

Mais a quoi pourrait ressembler cette énergie sombre ?

Actuellement plusieurs hypothèses circulent : la quintessence, une sorte de fluide qui remplirait tout l’espace sans qu’on n’ait pu le détecter, une quatrième dimension qui renfermerait cette énergie, un espace-temps dit « spinoriel », les effets d’univers gémellaires et bien d’autres théories.

 


1 – Il y a 11 milliards d’années ont la preuve que l’expansion de l’univers s’est mise à décélérer pour de nouveau s’accroitre 3 ou 4 milliards d’années plus tard comme l’explique ce sujet.
2- Le mystère du satellite Planck – Igor et Grichka Bogdanov – Ed. Eyrolles - Juin 2013 – P. 136
3 - « La réalité cachée » – Brian Greene – Ed. Robert Laffont – P. 83;
4 - Science & Avenir – N° 794 – Avril 2013 -  Dossier Cosmologie – Première image de l’Univers;  


A visionner pour mieux comprendre :

 

    • L’expansion de l’univers est-elle infinie, un documentaire d’Arte




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