vendredi, 15 décembre 2017

Les toutes, toutes premières fois

Comment tout (ou presque) a commencé !

B. Vers 1ers millions

La toute première lueur de l’univers

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Posté par fabrice
 

380 000 ans après le Big-Bang

lueur d’espoir

 

Nous sommes 380 000 ans après le Big Bang, il y 13 milliards 819 millions d’années. La lumière parvient enfin à se libérer de la soupe primordiale des particules. Elle peut inonder de son rayonnement l’univers jusqu’alors opaque et nous fournir le tout premier portrait de son enfance.

En dehors de 1515, s’il fallait retenir une seule date historique, c’est celle-ci :  + 380 000  ans. Avant cette date, aucune lumière. Rien ne filtre du cosmos en gestation. Nada ! Après, comme si le rideau se levait sur une scène où nous-mêmes allons y jouer un tout petit rôle, la lumière jaillit.  La toute première lumière du monde, de notre monde !  

Que s’est-il passé 380 000 ans après la naissance de l’univers ?

L’univers est encore un nourrisson; sa taille représente 0.1% de sa dimensions actuelle. Il est rempli de protons, d’électrons et de photons, avec un net avantage pour les photons, 1 milliard pour 1 proton. Ces grains de lumière errent dans un magma bouillonnant constitué donc de particules microscopiques. Nous sommes bien loin de l’image de l’univers dans lequel nous évoluons.

Les photons sont constamment absorbés par ces particules. Cette agitation incessante empêche toute lueur de s’échapper de ce brouillard incandescent et opaque.

A la faveur de la dilatation de l’Univers, la température va tomber à un niveau presque supportable : en dessous des 3000° C.  Supportable, du moins pour permettre aux électrons et protons de s’accoquiner. Les photons, ayant perdu de leur énergie avec la baisse de température, deviennent moins agités et rentrent moins en conflit avec les autres particules.

Et la lumière jaillit

D’un côté , électrons et protons sont donc très occupés à consolider leur vie commune. et à donner naissance aux tout premiers atomes, d’hydrogène et d’hélium. Cela laisse le champ libre aux photons qui ont envie de faire leur petit bonhomme de chemin.  Ils vont enfin pouvoir se propager librement dans l’espace. Pour la toute première fois, la lumière jaillit ! L’espace peut briller de ses premières lueurs, l’univers devient pour la première fois visible et le restera. C’est la phase de découplage entre la matière et le rayonnement.

Image du rayonnement fossile par Cobe et Planck

Evolution de la définition de l’image du rayonnement fossile à 20 ans d’intervalle

Aujourd’hui, cette toute première image de l’univers nous parvient encore. On l’appelle « le fond diffus cosmologique » ou « rayonnement fossile ». Il a perdu beaucoup de sa vigueur, rien d’étonnant après un voyage de plus de 13 milliards d’années-lumière. Sa température est de 2,73° K, soit à peine 3 degrés au-dessus du zéro absolu.

 

Le bonheur d’avoir des grumeaux

Cette image est pourtant riche d’enseignement. Elle révèle quelques infimes différences de température (de l’ordre de 0,00001%) dont les conséquences sont en revanche incommensurables.

Ces variations témoignent en effet de la présence de « grumeaux » au sein de la matière primitive. Ce sont ces grumeaux qui sont à l’origine de la formation des premières étoiles, des galaxies… in fine de la vie !

Alors, peut commencer une bien belle histoire…notre histoire.


 Quand l’univers se laisse tirer le portrait

Après Cobe en 1992, WMAP en 2003, puis Planck en 2013 (image révélée le 21 mars 2013), l’Univers, grâce au regard « pointu »  porté par ces satellites, nous dévoile, à travers ses 3 portraits, son enfance.

Rien que pour le portrait le plus récent, c’est le résultat de 500 milliards de données combinées ! L’univers n’a alors que 380 000 ans, pour 13 milliards 800 millions d’années reconnus aujourd’hui. Aucune chance de disposer de portrait plus récent, car avant tout demeure opaque, comme expliqué ci-dessus.

Les dernières révélations du satellite Planck précisent le visage du bébé univers et de son évolution.

  • Sa date de naissance : 13 milliards 819 millions d’années, soit 80 millions d’années de plus que les estimations précédentes
  • Sa température au moment du « portrait » : 2700 °C
  • Son expansion : les galaxies s’éloignent les unes de autres à la vitesse de 67,9 km / seconde (1) ; cette expansion s’est accélérée voici 5 milliards d’années.
  • La période d’inflation qui a précédé cette lueur est confirmée : l’univers est passé de la taille d’une tête d’épingle à sa dimension presque actuelle et cela avec une durée infinitésimale
  • Ses imperfections : la confirmation de petites imperfections, les fameux grumeaux de matière d’où naîtront poussières, étoiles et galaxies.
  • Sa composition :  l’univers présente une constitution légèrement différente de celle estimée auparavant : 69,4% d’énergie noire (contre 72,8% auparavant), 25,8% de matière noire (contre 23%) et 4,8% de matière classique (contre 4,3%).
  • Et sa platitude :  l’univers est probablement plat.

Si sa topographie est plate, l’encéphalogramme de ce bébé univers est, sans équivoque, loin de l’être !


Petite histoire du rayonnement fossile

cobe-fluctuations

Prédit par la théorie, le rayonnement fossile fut confirmé, presque par hasard, en mai 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson. 

En 1992, le satellite COBE fournit la toute première carte rayonnement fossile en précisant sa température : 2, 725 degrés au dessus du zéro absolu. Il montre également, pour la première fois, des irrégularités, les fameux grumeaux de matière expliquant la structure actuelle de l’univers.

En 2001, c’est au tour du satellite WMAP d’envoyer des images qui sont encore plus précises.   

En 2009, est lancé le satellite européen Planck. Il fournit l’année suivante une première image bien plus précise que celle des deux premiers satellites.

En 2013, Planck détaille encore davantage les fluctuations du rayonnement fossile, la clé de l’histoire de l’univers. Pour atteindre la sensibilité de la dernière image délivrée par Planck, il aurait fallu 1000 ans d’observations du satellite WMAP (1). Astronomique !

 


Les secrets du satellite Planck !

satellite PlanckLe 21 mars 2013 le monde découvre la fameuse image fournie par le satellite Planck, lancé près de 4 ans plus tôt, sur la première lueur de l’univers.

Mais derrière cette lueur, Planck a débusqué quelques phénomènes étranges qui sont à l’heure actuelle énigmatiques. Ce que les scientifiques appellent les anomalies :

Un hémisphère nord de l’univers naissant légèrement plus froid que l’hémisphère sud,

Une tache froide située dans cet hémisphère sud.

Cela n’a l’air de rien, surtout lorsqu’on sait que les différences de températures enregistrées par Planck sont de l’ordre du millionième de degrés (2) mais c’est suffisant pour ouvrir une brèche sérieuse et peut-être remettre en cause les modèles cosmologiques et physiques actuels.

Les scientifiques sont à ce point perplexes face à ces résultats qu’ils sont prêts pour certains à envisager, pour la toute première fois(3) du moins officiellement, un avant Big Bang, sujet totalement tabou jusqu’à peu.

Cette moisson considérable rassemblée par Planck continue à être examinée. L’univers va-t-il nous dévoiler les secrets de sa naissance ou même de ces heureux parents, ou plus exactement, de ce qui aurait précédé sa naissance ? Nous attendons la suite avec impatiente. !

 


(1)  en réalité, chaque seconde, un cube d’univers de 1 mégaparsac, ce qui correspond à 3.26 millions d’années-lumière, se dilate de 66 km. Cette expansion relevée par le satellite européen Planck en 2013 est légèrement moins élevée que les estimations précédentes.  Source : Ciel & Espace -N° 515 – Avril 2013
(2) Le mystère du satellite Planck – Igor et Grichka Bogdanov – Ed. Eyrolles – 2013;
(3) Dès 1993, le futur prix Nobel George Smoot avait osé poser la question d’un avant Big-Bang, dans livre les « Rides du temps ». Plus récemment, le célèbre physicien Brian Greene, évoque une réalité cachée avec ses modèles de multi-univers (« La réalité cachée » – Brian Greene – Ed. Robert Laffont – 2012)

 


A visionner pour mieux comprendre :


 


A voir et à lire pour aller plus loin :

  • Un dossier SagaScience du CNRS : Big Bang, des origines de l’Univers aux origines de la vie.
  • L’incroyable défi : recréer le « Big-Bang » ! C’est l’objectif du « grand collisionneur d’hadrons » (LHC).
  • La plus belle histoire du monde : les secrets de nos origines, par Hubert Reeves, Yves Coppens, Joël de Rosnay et Dominique Simmonet.
  • Avant le big bang : un livre de Igor et Grichka Bogdanov qui raconte une histoire, pose une question et esquisse une réponse. L’histoire ? C’est, tout simplement, celle de l’origine du monde. Qu’y avait-il  » Avant le Big-bang  » ? La seconde partie du livre pose une question : est-il possible de  » remonter au-delà ? C’est alors que les Bogdanov proposent dans la troisième partie de leur ouvrage, une hypothèse dont la complexité interdit l’exposé succinct.

Les tout premiers « cris »

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Posté par fabrice
 

13 milliards 700 millions d’années

Accords et à cris

Silence absolu, puis gémissement sourd, se transformant en rugissement qui devient un crissement assourdissant. Mais curieusement pas de bang. L’univers vient de produire ses tout premiers cris. Sons majestueux et sidérants : bienvenue dans le big band du Big Bang !

Symphonie cosmique

L’instant est bouleversant; il s’agit ni plus ni moins des tous premiers sons à jamais émis. Une sorte de premier mouvement de la toute première symphonie d’un univers en train d’éclore -il y a près de 14 milliards d’années. A quoi ressemblent-t-ils ?  A un mix d’un grondement sourd et d’un sifflement tonitruant. Les deux harmoniques les plus bas du tout premier accord de notre histoire produisent une tierce majeure ou, si l’on veut, un accord majeur.

Le son à proximité du big bang s’apparenterait donc davantage à un cri qu’à une détonation. C’est ce que révèlent les travaux du Professeur Mark Whittle du Département d’Astronomie de l’Université de Virginie (USA) après avoir analysé et reconstitué les ondes du Cosmic Microwave Background Radiation (rayonnement électromagnétique qui remplit l’univers ou rayonnement fossile).

Basses fréquences

pianos
Illustration : site www.astro.virginia.edu

En réalité, les fréquences étudiées ne sont ni directement perceptibles par l’oreille humaine car beaucoup trop basses[1], ni exactement celles du tout début de l’univers puisqu’elles remontent à environ 380 000 ans après son avènement (au-delà rien n’est observable).

Pour pouvoir les rendre audibles, il a fallu les transposer au cinquantième octave supérieur. Ramené ainsi à l’échelle humaine, on estime que le son engendré équivaut à la pression sonore d’un concert de rock.

Le site Astro-virginia vous propose d’écouter cette première mélodie sous la forme  d’un medley résumant l’environnement sonore  du premier million d’années.  Chaque  seconde d’écoute correspond à 200 000 ans. Ensuite en se rapprochant de notre époque, le volume reste constant mais le son est de plus en plus grave. Cela est la conséquence du décalage spectral dû à l’expansion de l’univers.

Le son et l’espace

La transmission des ondes sonores s’effectue grâce à l’air ou du moins par l’intermédiaire de corps liquides ou solides. Dans le vide absolu donc pas de son.

Mais le vide intersidéral n’est pas totalement vide. Malgré l’infime densité de matière au sein de l’espace, celle-ci suffit à véhiculer les ondes sonores. Néanmoins, ces conditions ne sont pas propices à une écoute naturelle de ces sons qui demeurent très faibles et dans des fréquences très basses. Il est donc nécessaire de disposer d’appareils ultra sophistiqués pour les détectés et de les transposer afin de les rendre perceptibles à notre oreille.

Ainsi, le son le plus bas de l’univers a été détecté en 2003. Il se situe 57 octaves en dessous du do moyen. Il émane de la galaxie Perseus.

Autre exemple, la signature sonore d’une éruption solaire commence par un sifflement et se termine par le vrombissement d’un jet évoluant à basse altitude.

La space music

En écoutant les premiers babillages du bébé-univers, comment ne pas être ému par cette mélodie d’un autre âge  ? Bien avant Vangelis, Jean-Michel Jarre, Tangerine Dream ou Klaus Schulze, ce que les américains dénomment la space music, l’univers composait déjà sa petite musique de nuit…la musique de la nuit des temps.

Publié le 27 juillet 2009

1 – la fréquence est de l’ordre de 10^-16 à 10 ^-13 Hz, tandis que l’oreille humaine n’est sensible qu’aux fréquences situées entre 40 et 20 000 Hz


Le premier cri – Notre histoire à tous…


Le premier cri
, c’est aussi un film magnifique : l’éblouissante histoire vraie du tout premier cri de la vie, celui que l’on pousse quand on naît et qui scelle notre venue au monde. La naissance sur grand écran à l’échelle de la planète. Contraste des terres, contraste des peuples, contraste des cultures pour le plus beau et le plus insolite des voyages. Dans un intervalle de 24 h sur la Terre, le destin de plusieurs personnages se croise dans un moment unique et universel : la mise au monde d’un enfant. Le Premier Cri – Notre Histoire à Tous… disponible en DVD chez Amazon …


A lire et à écouter pour aller plus loin :

  • Les mondes sonores, de Denis Fortier. Le grondement d’une autoroute, une symphonie de Mozart des voix tamisées par une cloison, un chien qui aboie la nuit… Sans cesse présents autour de nous, les sons participent à tous les moments de notre vie quotidienne, ont sur elle une influence déterminante, et forment un paysage immense et familier dont nous n’avons pas toujours conscience.
  • Le son du jour : A chaque jour un son, un bruit, une ambiance sonore. Tout un paysage à entendre et à écouter.