Au commencement du temps 3-8) La première seconde de l’Univers après le big bang.


Au commencement du temps 3-8) 

La première seconde de l’Univers après le big bang.

Au commencement du temps 3-8) 



Dans ces articles, je voudrais approfondir ma réflexion sur « le visage de Dieu » écrit par les frère Bogdanov et celle de mon article dans mon blog de reflexions à travers le livre de Igor et Grichka Bogdanov: « Au commencement du temps« .

Ils me permettent de faire un saut dans l’histoire via les blogs et le articles que je déniche sur la toile, d’affiner mes connaissance sur la science et la recherche de l’Origine. Je trouve plaisir et jubilation à partager.

Mes articles déjà parus dans cette rubrique:

Au commencement du temps 3-6) paris au fond de l’océan (530 millions à 3,5 milliards d’années)

Au commencement du temps 3-7) vers-la-toute-premiere-lumiere-5-milliards-a-137-milliards-dannees/

1) A la fin de l’article 3-7), notre aventure de la plongée dans le temps en était arrivée à 380 000 ans après le Big Bang:

Maintenant, la folle contraction de l’Univers se poursuit tandis que la température s’élève de plus en plus.

Les premières étoiles disparaissent à leur tour, et au fil des millions d’années, les nébuleuses primordiales se désagrègent et se fondent en un plasma incandescent de particules élémentaires. L’Univers a maintenant l’aspect d’une sorte de « soupe » épaisse de photons, de protons et d’électrons au milieu desquels on trouve des noyaux de deutérium, d’hélium et d’hydrogène. Où donc est la Terre? la place du Trocadéro? ses terrasses et ses cafés? Nous voici à environ 13 milliards 700 millions d’années dans le passé. L’Univers n’était encore âgé que de 380 000 ans. Nos repères ont presque tous disparu: à la place des étoiles, nébuleuses, galaxies, on découvre un immense nuage de gaz à haute température duquel naîtront dans plusieurs centaines de millions d’années les premières étoiles et bien plus tard les éléments lourds desquels seront faits les chiens, les chats, les voitures qui circuleront place du Trocadéro. Le fond du ciel de cette époque, loin d’être plongé dans la nuit, est baigné par une sorte de brume laiteuse, ce plasma de gaz qu’on vient de décrire, porté à la température de 3000 degrés environ. 

La jauge d’information est à son niveau le plus bes depuis le début de notre voyage: 10110 bits. L’Univers est désormais d’une simplicité extrême, il est beaucoup moins « informé » que de nos jours. Il se réduit pour l’essentiel à ce plasma de particules élémentaires. Et pourtant, obéissant aux lois physiques qui guident son évolution, il semble contenir, « en germe », le scénario cosmique qui va conduire jusqu’à nous. L’évolution conduirait-elle, inévitablement, par paliers de complexité croissante, vers de la matière vivante et consciente? La position des étoiles dans leurs galaxies semble déterminante pour augmenter les chances que la vie se développe sur des planètes en orbite autour d’elles, celles qui se trouvent dans les régions extérieures des bras galactiques sont jeunes et donc plus propices à la vie que les anciennes étoiles concentrées dans les régions centrales. Par ailleurs, il est nécessaire que la distance qui sépare la planète du centre galactique soit située dans une région où la vitesse orbitale des étoiles et celle des bras galactiques soient égales. Le soleil, qui se trouve dans « l’écosphère galactique » a croisé le bras du Sagittaire il y a 4,6 milliards d’années et abordera le bras de Persée dans 3,3 milliards d’années. Les étoiles les plus éloignées du centre galactique tournent plus lentement que les bras spiraux et donc les croisent plus souvent. Or les étoiles placées plus près du centre tournent autour de le galaxie plus vite que les bras, ce qui fait qu’elles le croisent plus souvent. Lorsqu’une étoile croise une bras spiral, elle court plus de risques d’être la cible des radiations émanant des supernovae qui explosent, ce qui peut représenter un évènement fatal.

Ainsi, l’histoire de la vie sur Terre est intimement liée à celle de l’Univers tout entier. Dès les premiers instants après le Big Bang, la matière a commencé une longue et irrésistible ascension vers la complexité. Cette évolution semble obéir à un certain nombre de lois physiques qui qui conduisent inexorablement vers la vie. la réponse se trouve-t-elle en approchant encore plus près de la source, la première seconde et la naissance même de l’univers?

2) Plongeons maintenant en-dessous de cette « surface de dernière diffusion » de l’Univers comme l’appellent les astrophysiciens. 

C’est un peu comme si nous nous enfoncions sous la surface de l’eau. Nous allons remonter jusqu’à la première minute et même au-delà, jusqu’à la première seconde du temps. C’est entre la première seconde et la première minute qu’un véritable miracle s’est produit: l’apparition de la matière. L’Univers observable (la partie de l’Univers délimitée par la distance parcourue par la lumière depuis le Big Bang, en gardant à l’esprit que l’espace-temps « continue » au-delà de l’horizon visible) va rétrécir encore de plus en plus. 

D’un seul coup, nous voilà plongés dans une obscurité totale. Imaginons des lunettes spéciales et nous pourrons voir dans cet environnement les points brillants minuscules que sont les grains de lumière qui nous entourent: les photons. Le milieu est tellement dense qu’ils sont sans cesse déviés et entravés par d’autres particules de matière, notamment les électrons et les noyaux atomiques. Ainsi englués dans un véritable marécage de particules, ils sont incapables de remplir leur mission, celle d’éclairer l’Univers qui vient de naître. Le jeune cosmos se trouve ainsi plongé dans une nuit totale, bien que la lumière existe encore. Il s’agit d’une sorte de « lumière noire ». 



3) vers le Big Bang.

10 000 ans après le Big Bang.

La température est passée de 3 000 à 10 000 degrés et la densité d’énergie due à la lumière est dorénavant supérieure à celle de la matière.Bien avant les dinosaures, bien avant les hommes, les maîtres de l’Univers sont bel et bien les photons. Beaucoup nombreux que toutes les autres particules, ils interdisent toute liaison entre les noyaux de la matière et les électrons. Les atomes ordinaires, ceux d’hydrogène ou d’hélium, ne peuvent plus exister. Nous ne rencontrons que les noyaux de ces atomes ainsi que des électrons couplés aux photons.

1000 ans après le Big Bang.

L’Univers observable continue de rétrécir: il ne mesure plus que 10 millions de milliards de km. Sa composition est un mélange d’électrons de noyaux d’hélium, de deutérium et bien sur d’hydrogène. 

100 ans après le Big Bang.

L’Univers observable devient trois fois plus petit que que le distance séparant en 2009 la Terre de l’Etoile polaire. Dans la « soupe » de protomatière la densité est telle qu’il n’y a pratiquement plus d’électrons libres. Ils sont continuellement capturés par les photons. 

Un an après le Big Bang.

L’Univers observable mesure 9 000 milliards de km, distance parcourue par la lumière en un an.

Un jour après le Big Bang.

La soupe de protomatière est de plus en plus dense. Le rayon de l’univers observable est environ de quatre fois celui du système solaire, 25 milliards de km seulement.

Une heure après le Big Bang.

La sphère cosmique ne dépasse guère 1 milliard de km, distance qui sépare la Terre de la planète géante Jupiter. Le confinement devient de plus en plus grand, les noyaux d’hélium et de deutérium s’entrechoquent de plus en plus vite, mais les photons ne sont pas encore assez énergétiques pour les briser. 

Une demi-heure après le Big Bang. 

 La température atteint jusqu’à 300 millions de degrés K. L’univers observable ne mesure plus que 500 millions de km, environ trois fois la distance entre la Terre et le soleil.

Un quart d’heure après le Big Bang.

La température dépasse maintenant les 500 millions de degrés et l’Univers observable couvre à peine 250 millions de km. Les noyaux de matière résistent de plus en plus difficilement à l’agitation thermique grandissante. Il faut savoir que les neutrons (dont la durée de vie est seulement de 1/4 d’heure alors que celle du proton dépasse les milliards de milliards d’années) ne sont pas des particules stables. Les neutrons solitaires apparus à cette époque, non combinés à un noyau atomique, disposent donc d’un quart d’heure à peine pour trouver un partenaire (un proton) avec lequel ils pourront fusionner et former des noyaux. sinon, ils vont se désintégrer à tout jamais dans une mort solitaire. 


3 minutes après le Big Bang.

Maintenant, le cosmos observable mesure à peine 60 millions de km (distance inférieure à celle qui sépare la terre de Mars) et sa température atteint des valeurs à peine concevables: plus d’un milliard de degrés. Les noyaux de matière, essentiellement ceux d’hélium et d’hydrogène, commencent à se désagréger, à se défaire en protons et neutrons. C’est une étape décisive de notre voyage dans le passé: les fondements de la matière sont désormais instables. C’est pendant ces trois premières minutes qu’on été produits les noyaux des atomes qu’on retrouve aujourd’hui en plus grand nombre dans l’Univers: hydrogène (un simple proton solitaire), deutérium (un proton, un neutron) et hélium (deux protons, deux neutrons). Ainsi, quand nous buvons un simple verre d’eau, nous avalons aussi les noyaux d’hydrogène qui ont été fabriqués dans ce passé à peine imaginable.


4) Remontons maintenant en core plus loin dans le passé.

1 minute après le Big bang.

L’horizon cosmologique ne s’étend plus que sur 20 millions de km, à peine un quart de la distance qui nous sépare de Mars. Soumis à une température de plus en plus élevée, les photons déstabilisent maintenant les noyaux de matière. Dès qu’un proton ou un électron apparaît, il est aussitôt capturé par un photon. L’Univers devient une sorte de « gaz » de photons, d’électrons, de protons et de neutrons. Ce n’est qu’à partir de la troisième minute que les noyaux commencent à se stabiliser. Les photons sont les plus nombreux, on en compte environ 1 milliard pour un seul proton. Les protons eux, sont 7 fois plus nombreux que les neutrons. C’est ce qui va permettre à l’hydrogène, dont le noyau n’est constitué que d’un seul proton, de de devenir plus tard l’élément le plus abondant de l’Univers (75% de toute la matière existante). 

10 secondes après le Big Bang.

L’Univers visible ne cesse de rétrécir: il ne mesure plus que 3 millions de km et sa température est de 5 milliards de degrés. Les premiers noyaux se forment et se désintègrent sans cesse dans un rythme de plus en plus frénétique. Les électrons ne sont pas stables et on assiste au « ballet » création-annihilation des paires électrons-positrons. On peut parler d’une ère leptonique. La charge électrique du positron est positive et lorsqu’il rencontre un électron, les deux particules s’annihilent avec création d’un photon gamma hautement énergétique. C’est ce qui s’est passé entre la première et la dixième seconde de l’Univers. Mais une  espèce de miracle a eu lieu, un électron sur un milliard a échappé à la destruction et est resté dans la « soupe » de particules alors suffisamment refroidie. Ainsi, à l’issue de cette formidable annihilation matière-antimatière, le « gaz cosmique » originel se trouve constitué d’un infime excédent de matière. C’est grâce à ce petit rien de matière que l’Univers d’aujourd’hui son existence. Grâce à lui, les milliards d’étoiles, les planètes, la tour Eiffel, les objets qui nous entourent ont pu exister. 




La première seconde  après le Big Bang.

L’Univers visible ne s’étend plus que sur 300 000 km (la distance Terre-Lune). Nous avons maintenant un seuil critique de température: 10 milliards de degrés. Les ultimes noyaux d’hélium et de deutérium sont détruits par le photons devenus ultra-énergétiques à de telles températures. Les neutrinos cessent d’interagir avec la matière pour s’en séparer définitivement (c’est parce qu’ils ont cessé d’interagir avec la matière que la température des neutrinos devrait être inférieure à celle du rayonnement fossile. On pense qu’elle serait de 2 °K contre 2,7 °K pour le rayonnement fossile). Ce instant est connu sous le nom de « découplage faible« : Lorsque la température descend en dessous de 10 milliards de ° K, l’énergie des neutrinos diminue, les empêchant d’interagir avec les nucléons. Ils deviennent alors libres de circuler. Cette température joue le même rôle vis-à-vis des neutrinos que celle de 3000 K vis-à-vis des photons : c’est la température de découplage faible. L’enjeu de certaines expériences actuelles est de détecter ces fameux neutrinos émis à la première seconde dans l’espoir d’entrevoir, à travers ces « archives cosmologiques », l’Univers tel qu’il était au moment de sa naissance.

Le neutrino au cours de cette première seconde. 

Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½. Il en existe trois saveurs : électronique,muonique et tauique. L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Paulipour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.

D’où vient cette particule plutôt mystérieuse, mais d’une importance extrême? Dans l’Univers naissant, sous certaines conditions, les neutrons se transforment en protons, ce qui entraîne l’émission d’un électron et d’un neutrino 100 000 (?) fois plus léger que le proton? Pour un seul proton, il existe 10 milliards de neutrinos. Rien ne peut arrêter leur course folle. Pour parvenir enfin à les stopper, il faudrait un mur de plomb de 9 000 milliards de km d’épaisseur! A chaque seconde, plus de 60 millions de neutrinos traversent chaque centimètre carré de notre peau. Ils ont été émis à la première seconde de l’Univers, seconde cosmique tout à fait capitale. 

Le cosmos n’est alors plus qu’un gaz d’électrons, de protons et de neutrons agités par l’énergie de photons et des neutrinos.

Sa densité est de plus en plus grande, un litre pèse 400 000 Kg. Mais ce qui est surprenant, c’est que cette « soupe primitive » est en équilibre thermodynamique (relation entre équilibre thermodynamique et entropie-temps?) La quantité énorme de photons rend le rayonnement incroyablement intense. Tout n’est que pure lumière, mais une lumière invisible, prisonnière de la matière primordiale. C’est à partir de là que va commencer la « nucléosynthèse« , la fabrication des premiers noyaux atomiques, essentiellement l’hydrogène et l’hélium. 

Cette première seconde de l’Univers marque le tout début de la création de matière qui, comme on vient de le voir ne va durer que 3 minutes. La folle succession d’évènements qui vont se produire entre la première seconde et la troisième minute se trouve, en quelque sorte, entièrement « programmée » dès la première seconde. Pourquoi? Parce que dès cette première seconde, l’Univers se trouve dans un équilibre thermique presque parfait. Tout est dans le « presque », car, si la soupe primitive est bien en équilibre, il existe une particule, une seule, qui est en dehors: le neutrino qui vient de se découpler de la matière comme nous venons de le voir. Et c’est ce découplage précoce du neutrino qui a permis aux bases de la matière de se constituer durant les 3 premières minutes, car il n’a plus été en mesure d’interagir avec les nucléons, laissant le terrain libre pour la formation des noyaux au cours des 3 minutes suivantes. 


5) Qu’y a t’il avant cette première seconde?


détection des ondes gravitationnelles

Pourra-on « voir » un jour cette première seconde comme on voit le fond diffus cosmologique? Naturellement pas avec des photons, puisqu’aucune lumière ne peut « circuler » en deçà de l’an 380 000. Mais de même que les rayons X « voient » derrière les objets, les neutrinos, lorsque nous saurons vraiment les détecter et les utiliser, pourront peut-être permettre des observations jusqu’à la première seconde. Et avec les gravitons, les éventuels « messagers » de l’interaction gravitationnelle (voir le modèle standard), qu’on espère mettre en évidence grâce aux détecteurs  mis en service, on devrait, en principe, remonter jusqu’au voisinage du Big Bang lui-même.

En attendant ces découvertes, reste une question: d’où viennent les électrons, les protons et neutrons, d’où viennent ces grains de lumière qui ont dominé l’Univers depuis la première seconde jusqu’à l’an 380 0000?


Il va falloir remonter dans le prochain article, encore plus tôt dans la passé, avant le première seconde.



Quelques autres liens découverts en rédigeant cet article:

http://www.astronomes.com/le-big-bang/nucleosynthese-primordiale/

matière et anti-matière: après 10 puissnace -35 secondes

notions de base de la radio-activité

eres-cosmologiques- ere-leptonique      les éres cosmologiques

Historique_du_Big_Bang

températures: Ordre_de_grandeur

science.gouv- aux-origines-de-l-univers-l-enigme-des-premiers-instants

mondedemain.org- l’origine-de-l’univers

cnrs.fr- mysteres-univers

scienceinschool.org- le lhc ou l’etude du big bang

l’univers- de-la-premiere-seconde-a-aujourd’hui

Univers, du big bang aux galaxies  strange-univers.over-blog- Lorigine_de_lUnivers

cnrs.fr- définitions

lévolution de l’Univers

futura-sciences. question posée par le temps-de-lobservateur

les très vielles étoiles (12 milliards d’ années)

la doyenne du cosmos a 13 milliards d’années

science-et-vie.com -l’astre-le-plus-lointain-de-lunivers/

sytinet. histoire de l’univers, de la vie, de l’homme

le big bang par astronoo.com    notre Univers: Chronologie     techno-science: le big bang

Lorigine_de_lUnivers par strange univers

la-machine-a-remonter-14-milliards-dannees

les limites des modèles du big bang   la cosmologie: les problèmes du modèle standard

les premiers pas de l’Univers    -gaz-primordial quelques minutes après le big bang

l’univers structure   l’univers  l’univers visible -jusqu’à 14 milliards d’années

l’horizon cosmologique (contradictions)

l’âge de l’univers et l’exégèse biblique

sciences_de_l_ingenieur- les_limites_de_la_connaissance_physique

sciences_de_l_ingenieur- la_relativite_generale

Quelques blogs notés dans les articles précédents que je revisite de temps en temps:

astronoo- telescopesSpatiaux                                     cnrs.fr les mystères de l’univers 

la relativité générale.

La relativité restreinte.

*blogs  Groupes quantiques.

*blogs sur le principe holographique

*blogs sur l’entropie

*Blogs sur la complexité.

*Autres blogs.

Une réflexion au sujet de « Au commencement du temps 3-8) La première seconde de l’Univers après le big bang. »

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