L’écho du Big Bang, c’est quoi ?

Depuis quelques jours, c’est l’énooooorme nouvelle qui fait le tour des médias, réseaux sociaux… Le Big Bang n’est plus seulement une théorie : les scientifiques auraient la preuve que notre univers est bel et bien né de cet (grosse) étincelle primitive. Et cette preuve, c’est ni plus ni moins que l’écho du Big Bang – autrement dit les ondes gravitationnelles primordiales émises une infime fraction de seconde après le Big Bang, lorsque l’univers vit sa taille multipliée quasi-instantanément d’un facteur 1026 (vous me suivez ?)- qui a été observé par un télescope installé au pôle Sud. Explications.

Le Big Bang, qu’est ce que c’est ?

Pour situer tout ça, évoquons tout d’abord ce qu’est le Big Bang. Concrètement, il s’agit d’un modèle cosmologique qui décrit l’origine et l’évolution de l’univers. Mis en évidence dans les années 1920, cette théorie avance que notre univers est en expansion permanente depuis sa naissance et qu’il a été plus dense et plus chaud par le passé. Pour faire (très) simple, le modèle du Big Bang établit qu’à un instant T, une explosion a jailli (on ne sait pas pourquoi ni comment ni ce qu’il y avait avant), libérant d’énormes quantités de matière et d’énergie qui se sont déployées dans le temps et l’espace pour donner naissance à notre univers actuel.

Timeline Expansion de l'universEt dans les quelques secondes qui ont suivi « l’étincelle », la taille de l’univers aurait augmenté de 1026 (soit 1000000000000000000000000000 fois): ce qu’on appelle l’inflation cosmique. Cet espèce de grand cataclysme aurait provoqué la création d’une gigantesque quantité d’ondes lumineuses, qui se propagent aujourd’hui sous la forme d’un « rayonnement fossile », et d’ondes gravitationnelles (qui jusqu’ici n’avait pas été détectées).

Voilà, ça c’est le Big Bang.

Le rayonnement du fond diffus cosmologique

En 1965, cette fameuse « lumière fossile » baignant le fond du ciel depuis un peu plus de 13 milliards d’années a été détectée pour la première fois, validant la théorie du Big Bang. On lui a donné le doux nom de « rayonnement du fond diffus cosmologique ». En 2012, de nouvelles images ont été prise grâce au satellite Planck et au télescope Bicep2 (so cute) situé en Antarctique.

Mais qu’est ce dont que ce fond diffus cosmologique ? Pour faire simple : cela correspond au moment où, 380 000 ans après le Big Bang, les particules et photons se sont détachés les uns des autres pour aboutir à une version primitive de notre univers actuel, avec ce qu’il recèle de bouts de matière à certains endroits et de beaucoup de vide autour.

Carte du rayonnement cosmologique dressée par Planck.
Carte du rayonnement cosmologique dressée par Planck.

Sur ce cliché, chaque zone de couleur rouge/orange correspond ainsi à ce qui allait devenir, plusieurs millions d’années plus tard, des galaxies, étoiles planètes, nébuleuses, etc.

Alors pourquoi 380 000 ans ? Pour plusieurs raisons :

  • tout d’abord, parce que nos satellites ne peuvent tout simplement pas « remonter le temps » plus loin. En effet, si nous sommes en mesure de pouvoir visualiser le fond diffus cosmologique, daté de plus de 13 milliards d’années, ce n’est pas parce que nous avons une machine à remonter dans le temps : c’est parce que nous ne pouvons pas aller plus vite que la lumière.

En effet, partant du principe que nos télescopes sont plus perfectionnés que nos yeux humains, ils peuvent voir plus loin et avec plus de précisions que nous. Il sont donc en mesure de percevoir des sources de lumière placées très loin de nous, en l’occurrence de la lumière émise par les étoiles, les galaxies, etc.
Le problème, c’est que ces galaxies sont très éloignées  et que la lumière émise doit donc parcourir une grande distance pour arriver dans l’œil du télescope.
Et qui dit parcourir de la distance, dit mettre du temps. C’est pourquoi quand le télescope capte une lumière lointaine, c’est comme s’il remontait le temps : si une étoile est située à 4,3 années-lumière de nous (comme Proxima du Centaure, étoile la plus proche de notre système solaire), cela signifie que lorsque nous l’observons, nous voyons la lumière qu’elle a émise il y a 4,3 ans (et qui a donc mis 4,3 ans à la vitesse de la lumière pour nous parvenir). C’est pareil avec notre Soleil : situé à 8 minutes-lumière de la Terre, cela veut dire que nous le voyons toujours tel qu’il était il y a 8 minutes.

Qu'est ce qu'une année lumière ?Il est donc impossible de voir maintenant ce qu’il se passe au même moment dans galaxie voisine … Parce que si elle est située à 1000 années lumière, cela veut dire que ce qu’il se passe là bas ne sera visible par nos télescopes que dans 1000 ans. Si la galaxie en question disparaissait, nous mettrions 1000 ans à nous en apercevoir… Inversement, si une civilisation extraterrestre située à 50 000 années lumière de la Terre nous observait, elle ne verrait que des hommes primitifs, à peine assez intelligents pour allumer un feu.

Ainsi, plus nos télescopes voient loin en distance, plus ils remontent loin dans le temps.  De plus en plus perfectionnés, ils ont réussi à remonter jusqu’à 380 000 ans après le Big Bang et à prendre donc « une photo du passé ».

  • La deuxième raison qui fait qu’on ne peut pas remonter plus loin dans le temps est simple : avant cette date, l’univers ressemblait à une espèce de soupe de lumière informe dans laquelle les particules et photons étaient encore indissociables, rendant le tout si opaque qu’il est impossible de voir clairement ce qui s’y passait. Imaginez mettre le nez du télescope dans du porridge… bon ben c’est pareil.

C’est pourquoi le cliché du « fond diffus cosmologique » pris par Planck constitue l’ultime photo de notre univers.  Avant cela, difficile de dire ce qui a bien pu se passer.

Mais en étudiant la photo de ce rayonnement ancestral de plus près, les chercheurs ont mis la main sur les fameuses ondes gravitationnelles primordiales qui attestent de la période d’inflation qui a succédé au Big Bang.

Les ondes gravitationnelles primordiales

Mais que cache  cette expression barbare ? Pour le savoir, il faut se référer à la théorie de la relativité générale d’Einstein qui a prédit, il y a une centaine d’années, l’existence de ces ondes, sans jamais les avoir observées.

Histoire de l'universSelon cette théorie, toute quantité de matière et/ou d’énergie (pour les physiciens, matière et énergie sont les deux facettes d’une même pièce) courbe à la fois :

  • l’espace (donc altère les distances)
  • le temps (donc altère les durées).

En d’autres termes, si vous vous approchez d’un corps suffisamment massif ou d’une source d’énergie suffisamment grande, les distances sont modifiées et les durées distordues… un peu comme lorsque vous tendez un drap, que vous posez un ballon au milieu et que le drap se courbe autour.

Par ailleurs, si la quantité de matière ou d’énergie à l’origine de ces déformations est animée d’un mouvement accéléré, les modifications de l’espace-temps vont se propager dans toutes les directions, comme une vague concentrique à la surface de l’eau lorsqu’on y jette un caillou : c’est une onde gravitationnelle.

Ces ondes sont ainsi produites lors de phénomènes cosmiques cataclysmiques de grande ampleur : l’explosion d’une étoile, la formation d’un trou noir, etc. En l’occurrence, les ondes gravitationnelles détectées par Planck et BICEP2 ne résulteraient d’aucun de ces événements mais de l’inflation cosmique qui a directement suivi le Big Bang.

Une information qui, si elle est confirmée par la communauté scientifique, validerait définitivement la théorie du Big Bang et de l’inflation cosmique comme origine de notre univers.

Télescope bicep2
Pour en savoir plus,
– un article : http://sciencetonnante.wordpress.com/2014/03/24/ondes-gravitationnelles-inflation/
– et une vidéo http://www.lemonde.fr/sciences/video/2014/03/18/comprendre-la-decouverte-des-echos-du-big-bang_4385313_1650684.html

2 pensées sur “L’écho du Big Bang, c’est quoi ?

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