La saga du Big Bang
  Les atomes et le rayonnement fossile de l’Univers



Après 400 000 ans, la température de la soupe primordiale a chuté jusqu’à 3 000 degrés. Les électrons - porteurs d’une charge électrique négative - s’associent aux noyaux, chargés de manière positive. Ainsi apparaissent les premiers édifices neutres, baptisés atomes. Par chance, cette étape a laissé une signature indélébile dans le ciel : le fond diffus de rayonnement radio remonte à cette époque ancienne. Le cosmos y est devenu transparent. Ses infimes fluctuations de densité ont autorisé la germination des galaxies.

Tout premiers atomes…
La prochaine étape dans l’évolution du cosmos survient lorsqu’il atteint l’âge de 400 000 ans - 380 000 ans exactement. Jusque-là : les protons, les noyaux légers d’hélium forgés récemment ainsi que les électrons ont cohabité. Ils se frôlent au cours de leur mouvement. Mais ces rencontres sont éphémères. La force électromagnétique ne parvient pas à lier les électrons (porteurs d’une charge électrique négative) aux protons de l’hydrogène ou aux noyaux simples de l’hélium (chargés d’électricité positive). Les uns et les autres s’attirent. En vain. La chaleur ambiante entretient à la fois le rayonnement et le désordre. Aussitôt un électron fait-il mine de s’approcher d’un proton qu’un grain de lumière s’empresse de briser l’idylle naissante. Les atomes, électriquement neutres, sont encore instables. Cela ne durera pas. L’espace s’étend. La matière se refroidit. Et le changement intervient en-deçà du seuil de 3 000 degrés de température. Les photons lumineux ne véhiculent désormais plus assez d’énergie afin de casser les liaisons microscopiques. Les premiers atomes d’hydrogène et d’hélium naissent. Les électrons s’associent aux noyaux d’éléments chimiques légers. La valse de la matière se poursuit. À cœur joie.

Ère de la transparence
Mais la transition qui s’opère dans les tréfonds de l’Univers cache une conséquence importante. Elle a pu passer inaperçu. C’est parce que l’on n’y a pas regardé de près. Car le phénomène saute aux yeux. Ici, l’ère de la transparence succède à l’opacité primordiale. La lumière se libère des liens viscéraux qui l’enchaînaient à la matière. Elle se propage pendant des milliards d’années. Affranchie de ses entraves, elle vogue. Fini les émissions puis absorptions de photons par les particules surchauffées d’un milieu dense. Terminé le piège de la matière assimilé à un brouillard ou une purée de pois. Les particules cèdent la place aux atomes, neutres, plus difficiles à exciter. Les électrons ne s’entremêlent plus de manière privilégiée avec le rayonnement. Le temps du couplage intense est révolu. La lumière chemine. Et elle constitue un précieux messager du cosmos.

Le rayonnement cosmique primordial
D’ailleurs, cette époque ancienne a laissé une empreinte indélébile dans le ciel. Le rayonnement cosmologique primordial, également baptisé fond diffus radio ou vestige fossile du big bang, a été émis à l’instant où la lumière a jailli de la matière. La température avoisinait 3 000 degrés, la moitié de ce que l’on enregistre dans l’atmosphère externe et visible du Soleil. Entre temps, l’Univers, lui, s’est étendu. Ses dimensions ont été multipliées par mille. Le rayonnement des origines s’est affaibli. Il nous parvient comme un brouhaha de micro-ondes millimétriques capté par les antennes spécialisées. Les physiciens lui associent une température caractéristique de 3 degrés au-dessus du zéro absolu (3 kelvins, c’est-à-dire -270° sur l’échelle familière de Celsius). L’Univers est devenu glacial.

Ce rayonnement fossile existe. La preuve ? Tout un chacun peut le rencontrer... en allumant son téléviseur ! Il représente environ 1% de la « neige » parasite qui envahit l’écran du poste lorsqu’on règle la réception entre deux chaînes. Prévu par les Américains Robert Dicke et James Peebles, ce signal a été découvert par les collègues Arno Penzias et Robert Wilson en 1965. Depuis, c’est l’hallali. Le cri de naissance du cosmos mobilise télescopes, ballons-sondes et satellites. Enjeu : l’analyse des fluctuations, d’environ 1/100 000, qui correspondent à l’empreinte des concentrations de matière à l’origine de la formation des galaxies. Après le satellite Cobe en 1992, son successeur Wmap a livré ses résultats en 2003. Et le prochain, l’Européen Planck, sera lancé en 2007. Découvrez tous les secrets du rayonnement primordial en cliquant vers l’article dédié à cette preuve moderne du big bang.

Zoom : Le rayonnement fossile du cosmos

Zoom : Le satellite cosmologique Planck



Pour en savoir plus…

Les rayons gamma dissipent le brouillard intergalactique - Communiqué de presse CNRS/CEA du 19 avril 2006