L'UNIVERS

        V- Le Big Bang


      1) Présentation du Big Bang

    Lorsque l'on remonte dans le passé, on atteint, il y a environ 14 milliards d'années, un état de l'Univers où deux points quelconques de l'Univers observable actuel, étaient ausi proches qu'on veut l'un de l'autre, la densité et la température tendant vers l'infini quand on se rapproche de cette date. D'où le terme de Big Bang, donné au départ par dérision par l'astrophysicien britannique Fred Hoyle qui n'y croyait pas. Intuitivement, on a vraiment l'impression que l'Univers est né dans une gigantesque explosion. Cependant, cette explosion ne s'est pas produite en un point particulier. L'Univers pouvait déjà être infini à l'époque. Il est tout a fait concevable d'imaginer un Univers infini qui se dilue et dont la densité décroît. Il suffit d'imaginer une toile élastique plane, infinie. On peut tirer dessus et éloigner ainsi deux points voisins de cette toile.

      2) Preuves du Big Bang

    a-   On ne trouve pas d'étoiles de plus de 13 milliards d'années d'âge, alors que l'on sait très bien mesurer l'âge des étoiles, et que l'on sait que les petites étoiles vivent beaucoup plus longtemps que 13 milliards d'années.

    b-   On sait mesurer la vitesse des galaxies par rapport à nous, par la même méthode que celle utilisée par les radars pour mesurer la vitesse des voitures (effet Doppler). Les galaxies lointaines nous fuient toutes à une vitesse proportionnelle à leur distance : v = H d, H étant la constante de Hubble. L'Univers est donc en expansion.

    c-   En astronomie, on regarde dans le passé. La lumière met 8 minutes à venir du Soleil. On voit donc le Soleil tel qu'il était 8 minutes avant. Le Soleil est à une distance de 8 minutes lumière.
    Donc, si on regarde à 14 milliards d'années lumière, on doit voir la boule de feu de l'explosion du Big Bang. Le ciel doit être tout blanc et lumineux de cette boule de feu. On la voit effectivement, mais considérablement affaiblie et décalée vers les grandes longueurs d'ondes par l'effet Doppler. C'est devenu un rayonnement micro-onde : le rayonnement fossile, parfaitement observé avec les caractéristiques que lui donne la théorie du Big Bang.

    d-   L'hydrogène et l'hélium ont été synthétisés pendant la phase de boule de feu juste après le Big Bang. Cette théorie permet de calculer 80% d'hydrogène et 20% d'hélium, ce qui est effectivement observé.

      3) Bruit sonore du Big Bang

    Des études théoriques ont montré que pendant que l'Univers primordial était en expansion, des ondes sonores se propageaient à travers ce milieu très dense. L'Univers sonnait comme une cloche.
    Le détail des fréquences de ces ondes sonores qui imprégnaient l'Univers primordial, littéralement le bruit du Big Bang, dépend de détails tels que le taux d'expansion, la densité de matière, lorsque l'Univers avait 300 000 ans. Mais, comment écouter ce bruit? Ces ondes sonores primordiales étaient présentes au moment où le rayonnement fossile a été émis. Ces ondes sonores, parce qu'elles produisaient des compressions ou des raréfactions du milieu, produisaient des zones plus ou moins chaudes, donc qui n'émettaient pas la même quantité de lumière, ni la même couleur. Elles ont laissé leurs empreintes dans le rayonnement fossile. Cette modulation est présente à une échelle de moins de 2 degrés d'angle. Il s'agit d'une variation de température de 1/10000.

    Le bruit du Big Bang entendu dans la page d'entrée : l'Univers, correspond, ramené à la durée de cette animation sonore, aux 760000 premières années de l'Univers. C'est le cri du nouveau né, qui a duré 760000 ans!

      4) Le Champ Ultra Profond de Hubble (Référence, ce lien)

    Il s'agit de la phototographie plein écran sur la page d'entré : l'Univers.

    Cette photographie (originale obtenu avec ce lien) est le plus profond portrait de l'Univers jamais réalisé par l'humanité. La durée d'exposition totale, si elle avait été faite sans interruption, aurait durée 11,3 jours. Il s'agit donc de l'équivalent d'une pose de 11,3 jours. Elle révèle les premières galaxies à être nées après l'âge obscure qui a suivi l'extinction de la boule de feu primordiale avant que les premières étoiles ne s'allument. Les plus faibles objets visibles sur cette photographie envoyaient dans le télescope un photon par minute. Les prises de vue furent effectuées du 24 septembre 2003 au 16 janvier 2004. Sur l'image, il y a 10000 galaxies détectables. Le ciel total contient une surface 12,7 millions de fois plus grande, ce qui donne en tout 12,7 millions X 10000 = 127 milliards de galaxies potentiellement détectables par le télescope Hubble. Mais il faudrait un million d'années d'observations ininterrompues pour couvrir tout le ciel. Le champ de la photographie est de la grandeur d'un gros cratère lunaire vu depuis la Terre. Autrement dit, l'étendue du ciel couverte par l'ensemble de la photographie est égale à la portion du ciel visible à traver une paille pour boire un soda, mais de 2,5 mètres de long.

    Chaque source lumineuse ou tache floue est une galaxie, sauf quelques très rares étoiles de notre galaxie, qui se repèrent facilement, par le fait qu'une croix de lumière leur est associée par le phénomène de diffraction.

    Pour conclure, sur ce lien : http://www.scaleofuniverse.com/ nous avons des animations montrant les échelles de distances dans l'univers.

Suite : extrait du film Contact
    Quand l'Univers se dilate dans son ensemble, chaque point voit tous les autres le fuir d'autant plus vite qu'ils sont éloignés.
    L'animation ci-dessous montre la condensation de la matière, sous l'effet de la gravitation, en amas d'amas de galaxies reliés par des filaments contenant des galaxies, dans une structure globale creuse.
    z est le décalage vers le rouge : z = v/C = Hd/C, C étant la vitesse de la lumière.
    Plus z est grand, plus l'on regarde loin, donc dans le passé, donc plus l'univers observé est jeune.
    L'animation ci-dessous montre la formation des galaxies par condensation gravitationnelle à partir de structures filamenteuses.
    L'effet de marée entre galaxies, met ces dernières en rotation.