Systeme solaire
Project 3


Théorie

Modèle cosmologique associant l'origine de l'Univers à l'expansion, accompagnée de refroidissement et de structuration, d'un objet initial infiniment dense, chaud et ramassé sur lui-même.

Bien que de nombreux points de ce modèle soient encore imprécis et que son pouvoir explicatif et prédictif soit loin d'être parfait, il recueille actuellement l'adhésion de l'immense majorité des astrophysiciens.

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Origine du concept

Jusqu'au début du XXe siècle, les astronomes sont persuadés que, au-delà du système solaire, l'Univers est statique et permanent. Un certain nombre de découvertes, théoriques et observationnelles, allaient ébranler ces convictions dans les trente premières années du siècle.



La relativité générale

En 1915, Albert Einstein propose un modèle de l'Univers, fondé sur la relativité , qui impose une instabilité fondamentale : l'Univers ne peut pas être statique, il ne peut que croître ou décroître au cours du temps.



Hubble

Au début des années 1920, l'astronome américain Edwin Hubble fait deux observations fondamentales : d'une part, le spectre de la lumière qui nous vient de galaxies lointaines est systématiquement décalé vers les grandes longueurs d'onde, ce qu'il interprète comme un effet Doppler-Fizeau prouvant que ces galaxies s'éloignent de nous ; d'autre part, ce décalage, et donc la vitesse d'éloignement, sont d'autant plus grands que la galaxie est plus éloignée de nous. À moins de remettre en cause l'interprétation du décalage vers le rouge en termes d'effet Doppler ou l'estimation des distances galactiques, ce que d'ailleurs de nombreux astronomes tentent de faire, il faut admettre que l'Univers n'est pas stable et que les équations d'Einstein s'appliquent bien. Hubble montre que la vitesse d'éloignement est proportionnelle à leur distance, et on appelle constante de Hubble le coefficient de proportionnalité.




Les précurseurs : Fridman, Lemaître

Dès 1922, le mathématicien russe Aleksandr Fridman donne une signification physique aux équations d'Einstein en les utilisant pour construire un modèle d'univers en expansion et en en calculant l'évolution. En 1927, l'abbé belge Georges Lemaître interprète les observations de Hubble dans le cadre du modèle d'Einstein, en y ajoutant l'idée que, puisque l'Univers est en expansion à une vitesse qu'on mesure, il suffit de remonter le temps par la pensée pour arriver au " début " de l'univers (théorie de l'atome primitif).




Cohérence du modèle

La crédibilité de la théorie du big-bang repose sur la vérification par l'observation des prédictions qu'elle permet de faire. Parmi les vérifications les plus spectaculaires, il faut citer :

 

Le rayonnement fossile

En 1948, le physicien russo-américain George Gamow prédit, à partir d'un modèle très " primitif ", l'existence d'un rayonnement électromagnétique homogène baignant tout l'Univers, dont le spectre correspondrait à l'émission d'un " corps noir " porté à une température de 6 degrés Kelvin (6K). Ce rayonnement est effectivement découvert en 1965 par les physiciens américains Arno Penzias et Robert Wilson . Le satellite COBE (COsmic Background Explorer) , lancé en 1989, mesure la température de ce rayonnement et trouve 2,735K. Il montre qu'il s'agit exactement d'un rayonnement thermique. Les infimes irrégularités d'intensité, en fonction de la direction qu'il observe, traduisent l'inhomogénéité de l'Univers hors de la naissance du rayonnement, ce que prédit la théorie du big-bang.

 

La nucléosynthèse des éléments légers

Selon le modèle standard du big-bang, la matière qui se serait formée aux tout premiers instants aurait été constituée essentiellement d'atomes légers (hydrogène, deutérium, hélium 3 et 4, lithium) dans des proportions calculables. Les mesures spectroscopiques de ces éléments, dans les étoiles et les galaxies les plus vieilles, nous fournissent des chiffres très proches des prédictions.

 

Quasars

Une autre preuve, moins directe, d'une évolution de l'Univers est donnée par l'évidence d'un " vieillissement " des galaxies. On interprète les quasars comme une forme juvénile des galaxies, or ils ne sont détectables que très loin de nous, ce qui prouve qu'ils n'ont existé qu'il y a très longtemps.

 

Description

L'idée générale du modèle est que l'Univers actuel est le résultat de l'expansion, accompagnée de refroidissement et de raréfaction de la matière et du rayonnement, au cours d'un nombre de milliards d'années compris entre dix et vingt, d'un objet initialement infiniment compact et chaud, formé d'une bouillie indiscernable de particules élémentaires . Tout comme de la vapeur d'eau qui, en se refroidissant, devient eau liquide puis glace, cette bouillie aurait subi une série de " changements de phase ", durant les tout premiers instants, au cours desquels la matière, les interactions fondamentales et l'énergie rayonnante se seraient diversifiées.