jeudi, 23 mars 2017

Les toutes, toutes premières fois

Comment tout (ou presque) a commencé !

La toute première fraction de seconde

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-13 milliards 820 millions d’années

big-bang-pano

Un temps que les moins de 20 ans…

Tout commence par l’amorçage d’un écoulement qui ne restera pas sans lendemain, celui du temps ! Or, le temps n’a pas d’existence intrinsèque, c’est l’enchaînement des évènements qui lui permet de s’extirper d’une éternité sans futur… et sans passé, celle qui prévalait avant le Big Bang.

Au commencement était le temps !

Qu’y avait-il avant ce temps dans lequel nous évoluons comme des poissons dans l’eau ? Un mystère vieux comme le monde qui fait aujourd’hui débat. Mais chaque chose en son temps et revenons à l’instant T de la « création » dont découle toute l’épopée de l’Evolution.

Depuis Einstein, on sait que le temps et l’espace sont voués à faire vie commune : un couple vieux comme le monde, inséparable depuis la nuit des temps. Mais justement, que savons-nous de cette fameuse « nuit des temps » ?

Nous sommes au tout, tout début de notre histoire. Il y a 13 milliards 820 millions d’années. C’est l’instant Zéro, instant où le temps et la matière n’existent pas encore, où nos lois de la physique sont inapplicables, où les scientifiques y perdent leur latin. Une nuit des temps tellement obscure qu’elle défie notre entendement et risque de demeurer mystérieuse à jamais.

L’horloge de l’univers se met en marche jusqu’à la fin des temps.

Et puis, whaaoou, le Big Bang, la toute première fois par excellence, sans elle, aucune autre n’aurait pu évidemment voir le jour. Alors s’ébranle, pour la première fois de « tous les temps », l’engrenage de l’égrenage ! Le temps peut commencer son cours et, avec lui, notre histoire.

A ce moment précis, le grande horloge de l’univers indique 10-43 secondes après cet instant zéro inaccessible. Instant d’une durée infinitésimale qui marque le commencement du temps (et des temps). 0 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000,1 seconde : cette fraction de seconde est appelée Temps de Planck qui correspond à la plus petite portion de temps possible.

Le mécanisme inexorable, presque infernal, va désormais égrener la moindre fraction de seconde, recluse dans le moindre recoin de l’univers… jusqu’à la fin des temps.

PlanckhistoryUniverseresizeDepuis cet instant, rien ni personne n’échappera à la loi inflexible du temps qui passe, ni la ménagère de 50 ans, ni même le proton, dont la durée de vie serait 1031 d’années (soit des milliards de milliards d’années).

Le temps se comporte comme une diva. Il se laisse observer, mesurer, courtiser mais jamais apprivoiser et encore moins dompter.

Surtout, le temps est tellement facétieux qu’il parviendra autant à faire tourner les aiguilles des horloges que la tête des plus illustres – n’est-ce pas monsieur Proust – et peut-être même celle du Grand Horloger.

Le paradoxe des jumeaux de Langevin

Parmi ses facéties : le célèbre paradoxe des jumeaux de Langevin1. Celui-ci réussit la prouesse de « déjumeler » des jumeaux. Il illustre en effet comment des jumeaux, par définition du même âge, peuvent se retrouver aîné et cadet pour avoir vécu des parcours à des vitesses différentes. La morale de l’histoire : le temps est plus indulgent pour celui qui a la bougeotte !

Le temps dispose donc de « pouvoirs » colossaux. Il peut même décider d’interrompre le chrono, comme à l’approche des trous noirs, ces ogres cosmiques qui avalent tout autour d’eux. Face à eux,  même le temps ne résiste pas à leurs pouvoirs.  Un individu pris dans le filet d’un de ces trous noirs aurait le sentiment de vivre l’éternité, si toutefois il pouvait survivre à cette aventure.

Et comme le faisait remarquer Woody Allen, « L’éternité c’est long, surtout sur la fin » ?

Actualisé le 8 mai 2014 


La flèche du temps

fleches-du-temps

Le temps file, se défile parfois comme avec ces trous noirs mais ne se rembobine jamais, du moins à notre échelle. Il nous conduit toujours du début vers la fin. C’est la flèche du temps.

Cette notion n’est pas le fruit de l’imagination hollywoodienne en vue de happy-ends populaires mais une conséquence de la thermodynamique (principe entropique), concept nettement moins populaire.

Selon ce principe, on a infiniment plus de chances en faisant tomber un jeu de cartes bien classé de le retrouver à terre désordonné que d’obtenir le contraire (un jeu bien classé à partir d’un jeu désordonné). Comme on le pressentait, le désordre est une voie « naturelle », et, in fine, en augmentation dans l’univers.

La flèche du temps est une conséquence de cette dégradation. C’est inéluctable et irréversible, sauf dans le scénario d’un Big Crunch qui, dans un avenir fort lointain et improbable, pourrait inverser la fameuse flèche du temps et nous ramènerait au point de départ. Sinon, le temps suivra son cours…


L’année cosmique : l’histoire de l’univers ramené à une année

  • 1er janvier : big bang (expansion de l’univers)
  • 2 septembre : formation du soleil et de la terre
  • 7 octobre : apparition de 1ère forme de vie sur terre
  • 31 décembre à 22h00 : l’homme se met à marcher
  • 31 décembre à 23h59m56s : naissance de J.-C.
  • 31 décembre à 00h00 : aujourd’hui

1 – Illustration de la théorie de relativité restreinte d’Einstein publiée en 1911 par Paul Langevin. La différence de vieillissement entre le jumeau resté sur Terre et celui voyageant pendant 10 ans dans un vaisseau spatial à la vitesse de 60% de celle de la lumière est de 2 ans. Autrement dit, celui qui reste sur Terre aura vieilli de 10 ans, tandis que son frère embarqué dans son vaisseau spatial seulement de 8 ans.


A voir pour mieux comprendre :




A voir et à lire pour aller plus loin :

  • Au plus près du big-bang. Planck, le télescope européen qui sera lancé mi-avril 2009, devrait permettre de retrouver l’enfance de l’Univers par l’analyse du rayonnement fossile émis trois cent mille ans après le big-bang.(Libération – 03/03/2009)
  • Big Bang, des origines de l’Univers aux origines de la vie : un dossier SagaScience du CNRS
  • 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.

Big-Bang : le tout premier « quelque chose »

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10-43 secondes après l’instant Zéro

 

L’odyssée de l’espace

La naissance du temps est aussi celle de l’espace et des tout premiers ingrédients qui vont porter leurs fruits. Surtout, c’est là que se mettent en place les bases d’un monde fécond. Un infime changement et tout aurait différent et probablement stérile.

Nous sommes, il y a 13 milliards 700 millions d’années, au moment de l’univers primordial. Comme pour le temps (voir le temps de Planck, plus loin), l’espace a lui aussi une valeur incompressible (10-33cm). Le moment où cet espace incroyablement petit se déploie se situe juste après l’instant zéro. Il correspond à ce que les physiciens appellent le Mur de Planck1, c’est à dire 10-43 seconde du début de l’univers.

Avant, c’est à dire au tout, tout début (avant le fameux « mur de Planck »), à l’instant zéro, le bébé univers défie les lois actuelles de la physique, ce qui le rend inaccessible sauf à s’en remettre à des théories spéculatives.

Là, les équations volent en éclat ! Là, la densité et la températures deviennent infinies. C’est ce que les physiciens nomment la singularité initiale. Mais repassons, devant le mur de Planck.

Petit mais costaud !

Si un paparazzi avait pris un cliché des tout premiers instants du nourrisson univers, on trouverait qu’il manque particulièrement d’allure. Petit et pas lourd, le chérubin.

Son volume est des millions de milliards de fois inférieur à la dimension d’un atome, assorti d’un poids plume : 20 microgrammes.

Pourtant tout est potentiellement là : les milliards de galaxies, d’étoiles, tous les atomes qui vont constituer les êtres vivants, nos maisons, nos objets familiers.

Tout est là et rien n’est là puisque aucun objet solide n’existe encore.  Uniquement un océan d’énergie où toutes les valeurs qui nous sont familières, temps, distance, taille, poids etc. sont insaisissables.

En réalité tout est converti en énergie. Une énergie colossale qui dépasse l’entendement (1019 giga électronvolts). Elle dotée d’une température hallucinante qui atteint 100 000 milliards de milliards de milliards de degrés. Songeons qu’au tout début de l’univers, certaines particules avaient l’énergie d’un TGV fonçant à 300 km/heure (3) !

Toute première crise de croissance

Cette situation spatio-temporelle hors norme n’est pas tenable. A peine né, l’univers va devoir partir à la conquête de l’espace ; les tout premiers travaux d’agrandissement de l’histoire, en quelque sorte.

Cette expansion connaîtra presque immédiatement une phase d’inflation brève mais inouïe. Ensuite, l’expansion va se poursuivre jusqu’à nous à un rythme plus lent. Actuellement,  toutes les 5 secondes, l’Univers s’aggrandit d’un volume équivalent à celui de la Voie Lactée, notre galaxie.

La force est avec nous

Les quatre forces de l’univers qui, au moment du Big Bang, étaient unifiées en une Superforce, vont progressivement se déployer de manière autonome.

La première des forces à « faire le mur… de Planck ! » est la force gravitationnelle. Autrement dit, la gravité, celle qui dispose d’un pouvoir d’attraction sur la matière et notamment entre les corps célestes. Désormais, cette force vivra sa vie indépendamment des trois autres et n’aura plus d’action sur le monde de l’infiniment petit, celui des particules.

Lorsque l’univers atteint 10-36 seconde, il n’est encore qu’un plasma torride où des pseudo particules de matière et d’antimatière apparaissent et disparaissent sans arrêt. C’est le vide quantique, mais un vide plein de promesses.

L »univers est à peine né qu’il a déjà ancré solidement les fondations de son évolution.

Mis à jour le 17 février 2013

 1 – A titre de comparaison, cette durée est un milliard de milliards de milliards de milliards moins longue que l’effet d’un flash photo par rapport à l’histoire entière de l’univers.
2 – La formule de Dieu – José Rodrigues Dos Santos – HC Editions – 2006 (édition originale).
3 – « Derrière le Mur de Planck » – Entretien d’Etienne Klein, physicien et philosophe, spécialiste du temps – Philosophie magazine – Hors série N° 9 – Février/mars 2011


 Notre existence ne tient qu’à un cheveu…

Nous sommes  les enfants de l’univers. Mais, le monde qui nous entoure avec ses galaxies, ses étoiles, les planètes, notre planète et la vie qu’elle héberge, tout cela est le fruit d’une incroyable -pour ne pas dire invraisemblable- conjonction d’événements et de réglages d’une finesse inouïe (2).

Einstien : Dieu ne joue pas aux dès

Einstien : Dieu ne joue pas aux dès

Il s’en est fallu d’un cheveu, pour reprendre une expression triviale, pour que nous ne soyons pas là :

  • Si l’énergie libérée au moment du Big Bang avait été très légèrement différente, l’univers se serait dilaté de manière désordonnée, ou bien il se serait « recroquevillé » rapidement vers un gigantesque trou noir;
  • Quelques instants après le Big Bang, il y eut la bataille entre la matière et l’antimatière, avec un avantage numéraire infime pour la matière :  1 particule de matière en plus pour 10 millions de particules d’antimatière.  Sans cette différence nous ne saurions pas là pour en parler;
  • Peu de temps après sa naissance, l’univers affiche un écart de densité de 1 pour 100 000. Si cette valeur avait été très très légèrement modifiée, l’univers n’aurait pû se structurer et donc donner naissance aux galaxies, aux étoiles et aux planètes.
  • Au niveau de l’infiniment petit, le monde des particules élémentaires, même constat.  La  proportion entre la masse des électrons et celle des protons a joué un rôle clé dans le fonctionnement des étoiles. Un infime changement dans ce réglage et l’on peut dire adieu aux d’étoiles et donc à la vie ;
  • Autre exemple : la conversion de l’hydrogène en hélium est un processus clé pour la vie. Cette transformation s’effectue avec un taux de 7 millièmes de sa masse (0,007 %) par rapport à l’énergie.  A 0,006 %, l’univers ne serait rempli que d’hydrogène, à 0,008 %, tout l’hydrogène s’épuiserait très rapidement, beaucoup trop rapidement pour permettre l’éclosion de la vie;
  • Le carbone, grâce à sa flexibilité, est le seul élément, à notre connaissance, sur lequel la vie peut s’appuyer pour apparaitre et se développer. Les conditions pour former un atome de carbone sont particulièrement strictes. Il est nécessaire que certaines interactions se déroulent en 0,0000000000000001 seconde.  Bingo, c’est exactement le cas. Sans cela, pas de carbone…

Oui, il s’en est fallu d’un cheveu que le néant prenne le dessus. Grâce au carbone et à tous les événements improbables qui l’ont précédé et aux combinaisons ensuite, il y aura des milliards d’années plus tard,  plus d’un cheveu sur la tête à Mathieu !


A visionner pour mieux comprendre :

  • Big Bang, Univers : c’est quoi, Jamy ?

http://youtu.be/rq8-jy1jd9Y


A voir et à lire pour aller plus loin :

La toute première lueur de l’univers

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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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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.

Les toutes premières étoiles

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Première centaine de millions d’années après le Big-Bang

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Star is born

Les toutes premières étoiles sont apparues peu de temps après le Big Bang. Plus massives que la majorité des étoiles des générations suivantes, elles auront aussi une durée de vie sensiblement plus courte. Ont-elles cotoyé des planètes déjà habitables comme le suggère une théorie audacieuse publiée début 2014 ?

Sans elles où Arthur Rimbaud aurait-il trouvé refuge à ses visions hallucinatoires, comment le Petit Prince aurait-il pu faire rire son ami ?

Elles, se sont les étoiles. Les étoiles, quand elles apparaissent, l’univers est encore tout jeune, un peu plus d’une centaine de millions d’années, peut être moins comme l’indiquent les dernières observations.

Des premières étoiles massives et éphémères

A cette époque, l’univers est alors composé essentiellement d’un gaz dense d’hydrogène et d’hélium.

Image d’artiste / Nasa

On suppose que les étoiles émergent  à partir de ce gaz primordial qui se condense sous l’effet de la gravitation et allume, çà et là, les toutes premières étoiles de l’univers.

On suppose en effet, car les scientifiques hésitent quant au scénario : les étoiles ont-elles précédé les galaxies ou bien ont-elles été enfantées par celles-ci ? Poule ou l’œuf, qui précède qui, l’éternelle question.

Autre interrogation :  ces toutes premières étoiles sont-elles frappées de surcharge pondérale ?

Selon les récentes théories, la première génération d’étoiles a produit des astres très massifs :  plus de 100 fois plus massifs que notre Soleil.

Compte tenu de leur composition et de cette masse importante leur durée de vie est, en revanche, courte, très courte. 3 ou 4 millions d’années, guère plus, contre près de 10 milliards d’années pour le Soleil !

Bientôt une nouvelle génération d’étoiles

Quoi qu’il en soit, elles brillent, ces premières étoiles et elles vont bientôt engendrer une nouvelle génération d’étoiles, dite de type 2, plus riche en éléments lourds et en métaux. Avec à la clé, potentiellement des planètes telluriques (2) semblables à la Terre (voir encart ci-dessous).

Mais cela est une autre histoire !

Mis à jour le 28 février 2014


Elles vont nous faire tourner la tête…

Une étude publiée en mai 2011 vient de démontrer que les premières étoiles tournaient vite, très vite; 250 fois plus vite que notre soleil. Cette vitesse de rotation élevée a favorisé la « fabrication » d’éléments lourds comme le strontium et l’ yttrium.

Autre découverte, issue cette fois du nouveau télescope spatial Herschel :  les étoiles en gestation nichent au sein de filaments de matière qui se forment dans les nuages interstellaires. Curieusement, ces filaments présentent tous la même largeur : 0,3 année-lumière. Cette régularité provient de la vitesse des turbulences qui animent ces filaments, vitesse qui correspond à la vitesse du son (700 km/h) dans ces nuages.

Autrement dit, au sein de nuages interstellaires, des turbulences se créent qui s’organisent en filaments qui, eux-mêmes, vont engendrer les étoiles. Ainsi, pour la première fois, grâce au télescope Herschel, les pouponnières d’étoiles commencent à se laisser observer et à livrer leurs secrets.


Des planètes habitables avant même les premières étoiles ?

Et si quelques millions d’années seulement après le Big Bang l’Univers était déjà peuplé de planètes habitables, voire habitées  ?

C’est à dire, 10 milliards d’années plus tôt que les premiers pas de la vie sur Terre ! Comment est-ce possible ?

15 millions d’années après le Big Bang  – qui, rappelons-le remonte à 13 milliards 820 millions d’années – la température ambiante du jeune univers était de 30° C. Une douceur digne de nos paradis tropicaux.

Il faut dire que l’on revient de loin. Au moment du Big Bang, la température ambiante était, selon les calculs, de 100 000 milliards de milliards de milliards de degrés (3). Une température qui défie l’imagination.

Il donc sensé de dire que l’univers s’est refroidi assez rapidement et qu’à une période de ce refroidissement, la température ambiante était somme tout agréable.

Aujourd’hui, cette température, issue du rayonnement cosmologique originelle, n’est plus que de – 270 ° C (3°k), ce qui n’est pas la même chose !

6a00d8341bf7f753ef01901b6113b1970b-500wiDonc, durant la toute première jeunesse de l’Univers, selon la théorie défendue par Abraham Loeb, cosmologue à Harvard (1), l’Univers aurait connu une période habitable durant au moins quelques millions d’années.

« Des planètes rocheuses plongées dans ce bain pouvaient posséder de l’eau liquide où qu’elles se trouvent dans l’Univers, même loin de toute étoile » explique Loeb.

Et qui dit eau liquide + température douce, permet d’entrevoir une chimie de la vie à l’oeuvre .

Abraham Loeb va plus loin. Il estime qu’une forme de vie complexe aurait pu voir le jour au cours du tout premier milliard d’années d’existence de l’Univers (2).

Cette vie se serait développée au sein de planètes telluriques semblables à la Terre. Ces planètes auraient été nourries de matériaux lourds, riches en métaux issus de l’explosion des toutes premières étoiles dont la vie était très brève (3 millions d’années en moyenne).

Bref, une hypothèse totalement révolutionnaire et iconoclaste de nature à bouleverser l’histoire de l’Univers et celle de la Vie !


1 – Abraham (Avi) Loeb, professeur au département d’astronomie de Harward et membre de l’Académie des arts et des sciences américaine.
2 – Publication proposée à la revue Astropbiology en décembre 2013
3 – Le mystère du satellite Planck – Igor et Grichka Bogdanov – Ed. Eyrolles – juin 2013 


A découvrir pour mieux comprendre :

Réalisation : Jean-Christophe Monferran
Montage : Michel Castre
Crédit images : Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS)
© CSI


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).
  • Vie et mort des étoiles Entrez, avec ce livre, dans un monde fascinant où l’on apprend, entre autres, que la matière dont nous sommes faits est directement liée au destin des étoiles !
  • La plus belle histoire du monde : les secrets de nos origines, par Hubert Reeves, Yves Coppens, Joël de Rosnay et Dominique Simmonet.
  • Simulation de la création des étoiles et des galaxies, (La science enquête, Cité des Sciences et de l’Industrie). Comment l’Univers a-t-il évolué depuis le Big Bang ? Où nous trouvons-nous dans cette immensité spatiale ? Quelques éléments de réponse…
  • Poussières d’étoiles Grand maître dans l’art d’expliquer simplement des choses difficiles, Hubert Reeves a donné de nombreux livres de vulgarisation. Celui-là est sans doute le plus accessible, ne serait-ce que parce qu’il est très illustré. On y voit bien sûr des étoiles et des galaxies, mais aussi des foetus humains, des fleurs et des insectes. La vision universelle de Reeves, en effet, ne se limite pas aux équations de la physique. Elle donne toute sa signification à la grande idée qui émerge de la cosmologie contemporaine : l’unicité de la matière fait que le moindre de nos atomes a, un jour, été créé au sein d’une étoile, et qu’il y retournera un jour.

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