Nous avons précédemment vu, sur notre article traitant le sujet du Big-bang, comment l’univers a commencé et a évolué avec le temps. Ce qui rend cette théorie si convaincante et réaliste c’est les différentes observations qui jouent à son avantage.
La communauté scientifique s’obstinait, depuis toujours, à croire en un univers sans fin à l’abri du temps et de l’entropie ; le modèle de l’état stationnaire. D’ailleurs, Albert Einstein aurait introduit la constante cosmologique dans ses équations afin qu’il y ait une concordance avec le modèle qui régnait durant cette époque. En 1929, l’astronome américain Edwin Hubble avait conclu que les nébuleuses observées précédemment avec des télescopes peu puissants, ne font pas partie de notre galaxie et qu’en réalité il s’agissait d’autres galaxies dont le spectre tendait vers le rouge (éloignement).
Des galaxies qui s’éloignent les unes des autres insinuait qu’à un moment donné elles se trouvaient toutes dans le même point ce qui confirmait la théorie du Big-Bang. Suite à ce constat, Einstein avoua qu’introduire la constante cosmologique était la plus grande erreur de sa carrière scientifique.
Résumons à présent les différentes observations et faits scientifiques qui soutiennent la théorie du Big-Bang.
Le spectre des galaxies indique un décalage vers le rouge / L’expansion de l’Univers
Comme nous l’avons mentionné plus haut, le décalage vers le rouge appliqué aux galaxies lointaines permet d’en estimer la distance. Cette technique constitue la seule méthode présentement utilisable, parmi les méthodes existantes, pour déterminer la distance des astres les plus éloignés.
L’astronome américain Edwin Hubble regarde à travers l’oculaire du télescope de 100 pouces de l’observatoire du mont Wilson à Los Angeles, en 1937. En 1929, Hubble proposait que plus une galaxie est éloignée, plus elle semble s’éloigner rapidement de nous. c’est devenu la loi de Hubble.
En 1929, après une longue série d’observations, l’astronome Edwin Hubble (en collaboration avec Milton Humason) énonça la loi d’Hubble qui stipule que les galaxies s’éloignent les unes des autres à une vitesse approximativement proportionnelle à leur distance. Autrement dit, plus une galaxie est loin de nous, plus elle semble s’éloigner rapidement. C’est l’expansion de l’univers.
L’abondance relative des éléments légers
Comme vu précédemment, durant les premiers instants juste après la dilatation du Big Bang, les neutrons et les protons fusionnent pour former les noyaux : c’est la nucléosynthèse primordiale. À cette époque, les électrons sont toujours indépendants. La température ayant baissé, les électrons peuvent se lier avec les noyaux pour former les atomes. Cette nucléosynthèse ne dure que quelques minutes car la température baisse de nouveau et ne permet plus la formation d’atomes. C’est à ce moment que l’Univers devient transparent et que la lumière apparaît.
George Gamow a fait les premiers calculs concernant les photons et la composition de l’Univers et il en a déduit deux possibilités concernant l’évolution de l’univers :
Première possibilité : L’Univers, durant ses tout premiers instants, contenait des neutrons, des protons, des électrons et peu de photons. Ce qui amènerait à un univers très chargé en fer.
Deuxième possibilité : L’Univers, durant ses tout premiers instants, contenait des neutrons, des protons, des électrons et beaucoup de photons. Ce qui amènerait à un univers composé de 76% d’hydrogène, 24 % d’hélium et moins de 1% d’autres éléments chimiques tels que le lithium.
Finalement, il a conclu que la deuxième possibilité était la plus valide.
Les pourcentages du deuxième cas sont identiques à ceux trouvés grâce aux tâches du rayonnement fossile (fond diffus cosmologique) et donc à ceux d’aujourd’hui (ce qui nous conduira à la troisième preuve).
La nucléosynthèse primordiale n’ayant duré que quelques minutes, seuls les éléments chimiques légers (hydrogène,hélium et lithium) ont pu être formés. Les éléments plus lourds, eux, résultent de la nucléosynthèse stellaire qui a eu lieu au cœur des étoiles des milliers d’années plus tard.
Le fond diffus cosmologique
Le rayonnement fossile ou fond diffus cosmologique ou encore CMB (CosmologicMicrowave Background) a été découvert pour la première fois et suite à un simple enregistrement d’ondes radio en 1960 par Penzias et Wilson. Cette observation inattendue leur a valu un Prix Nobel de physique. Ils pensaient au départ que le télescope présentait un défaut puisqu’ils observaient des ondes radio, et donc de la lumière, de manière permanente. Mais après avoir chassé les oiseaux qu’ils croyaient responsables de ces perturbations et vérifiées l’instrument, ils observaient toujours le même phénomène, qui était en fait les ondes du fond diffus cosmologique. Il est possible de constater ce qu’ils ont vu simplement en allumant sa télévision sans programmer de chaîne. La « neige » que l’on observe alors est de 25% originaire du rayonnement fossile.
L’image ci-dessus représente le fond diffus cosmologique. Il se présente sous forme d’une sphère faisant allusion à l’univers observable. Cet enregistrement nous permet de voir les empreintes des évènements décisifs de l’univers initial et dont la lumière a commencé à circuler aux environs 380.000 ans après le Big Bang. Il s’explique comme étant un reste de la période d’intense chaleur qu’a connu l’Univers suite au Big-Bang, il y a plus de 13 milliards d’années. Actuellement nous ne pouvons malheureusement pas observer ce qui s’est déroulé avant.Les tâches les plus sombres nous révèlent un espace concentré en matière et donc la future formation de galaxies à cet endroit, tandis que les plus claires nous indiquent un espace peu concentré en matière et donc du vide.
Références :
https://map.gsfc.nasa.gov/site/faq.html
https://arxiv.org/abs/astro-ph/9801320
https://arxiv.org/pdf/hep-th/0702178.pdf
https://www.schoolsobservatory.org/learn/astro/cosmos/bigbang/bb_evid
http://www.astro.ucla.edu/~wright/stdystat.htm
http://www.zetetique.ldh.org/bigbang.html
https://www.nature.com/articles/srep35596
http://adsabs.harvard.edu/abs/1927ASSB…47…49L
https://arxiv.org/abs/astro-ph/9801320
