âge de l'univers

Au cours des premiers demi-milliards d'années après le Big Bang, les galaxies poussaient comme du chiendent. Le gaz s'y engouffrait à toute vitesse et s'effondrait en étoiles sans rencontrer de résistance. Cette période est appelée « formation d'étoiles sans entrave ».

Les étoiles ressemblent à des toupies : elles naissent rapides et ralentissent avec le temps. Ce processus est comme un sablier : plus une étoile tourne lentement, plus elle est vieille. Les astronomes utilisent cette régularité pour déterminer l'âge des étoiles, mais pour cela, ils ont besoin de groupes de référence d'étoiles dont l'âge est connu.

Au cœur d'une vieille ville se dresse une tour avec une horloge que l'on n'a jamais remise à l'heure depuis sa construction. En mesurant son retard, on peut calculer à quel point le temps s'est étiré depuis.

Les rayons cosmiques ne sont pas des rayons au sens habituel, mais des particules rapides qui bombardent la Terre de toutes parts. Ce sont principalement des protons et des noyaux atomiques. Leur énergie varie : de modeste à fantastiquement énorme.

Une usine capable de produire un million de pièces par heure n'en fabrique pourtant qu'une centaine. C'est à peu près ce que fait notre Univers, si on le regarde à travers le prisme de l'entropie — cette mesure du désordre qui, selon les lois de la physique, ne peut qu'augmenter. Les principales « machines » de cette usine sont les trous noirs supermassifs.

Les étoiles les plus massives ressemblent à des ballons trop gonflés : leur enveloppe ne s’étire plus, elle commence au contraire à laisser échapper rapidement de la matière. À un certain stade, la perte de masse devient si forte que l’étoile cesse d’augmenter en taille.

Le modèle standard ΛCDM (qui inclut l’énergie noire et la matière noire froide) est la partition de la symphonie cosmique. Il décrit comment, après le Big Bang, l’espace s’est dilaté. Comment la matière noire s’est agglomérée. Comment les galaxies se sont allumées.

Le disque galactique ressemble à une ondulation figée à la surface de l'eau : chaque perturbation laisse une trace que l'on peut lire des milliards d'années plus tard.

15 175 107 étoiles. Chacune a reçu son âge. Mais aucun chiffre n'est exempt d'une touche d'incertitude : l'âge d'une étoile n'est pas un clou enfoncé sur l'axe du temps, mais un nuage de probabilité, un brouillard cachant la valeur réelle.

L'âge d'une étoile est la clé de l'histoire de la Galaxie. Mais arracher cette clé à la nature n'est pas chose aisée : contrairement à un arbre, une étoile ne produit pas de cernes annuels. Pourtant, son atmosphère renferme un code chimique : le rapport des éléments, qui a lentement changé au fil des générations d'étoiles qui mouraient et naissaient.

La formation de la Voie lactée est un spectacle cosmique grandiose, où les fusions de galaxies naines se sont tissées dans une partition unique. Chaque événement a laissé une trace dans la dynamique et la composition chimique des étoiles, un peu comme les notes capturent l'intention du compositeur.

Le modèle cosmologique standard ΛCDM, où la matière noire et l'énergie noire jouent les architectes en chef de l'Univers, prédit depuis des décennies les données astronomiques avec la précision d'un chronomètre suisse. Trois génies en ont posé les fondations.

L'Univers ressemble à un immense entrepôt où un inventaire rigoureux a été effectué il y a très longtemps. Le rayonnement fossile est un registre ancien de tout ce qui existait 380 000 ans après le Big Bang. Selon ce registre, la proportion de matière dans le « budget » cosmique (le paramètre Oméga_m) est connue avec une grande précision.

Un organisme vivant est une machine qui fait constamment passer de l'énergie à travers lui et la transforme en chaleur. Ce cycle interne est appelé production interne d'entropie (une mesure de la dissipation d'énergie). Mais il y a environ 2,5 millions d'années, nos ancêtres ont lancé un second circuit — externe. Ils ont pris en main une pierre taillée, puis une branche en feu.

Dans 5 milliards d'années, le Soleil, à court de carburant, commencera à gonfler, se transformant en géante rouge. Comme un ballon qui se dégonfle, l'étoile relâchera son emprise gravitationnelle, et la Terre — grain de sable au bout d'un fil invisible — s'éloignera sur une orbite plus lointaine.

Une personne sur une vieille photo se tient dans une foule tout en tournant sur elle-même — deviner son âge est presque impossible. C'est à peu près ainsi que les astronomes déterminent l'âge et la masse des étoiles lointaines, et ils se trompent souvent.

L'Univers ressemble à une forêt dense : de près, on voit des arbres-galaxies individuels, regroupés en bosquets, mais de loin, tout se fond en une verdure continue. La limite au-delà de laquelle le cosmos devient homogène s'appelle l'échelle angulaire d'homogénéité — c'est la taille d'une portion de ciel à partir de laquelle les galaxies sont réparties uniformément.

Il y a huit cents millions d'années, dans la ceinture principale d'astéroïdes, un encrier géant s'est brisé. Le corps parent, de plus de cent kilomètres de diamètre, composé de chondrites carbonées primitives, s'est soudainement désintégré près de la résonance J3:1 avec Jupiter.

Juste après le Big Bang, dans le chaudron bouillonnant d'un univers en refroidissement, comme dans un verre qui se fige irrégulièrement, des tensions sont apparues — de minuscules fissures de la réalité, les cordes cosmiques.

La cosmologie traverse une période étrange. D'un côté, le modèle standard avec la matière noire et l'énergie noire décrit parfaitement la structure à grande échelle. De l'autre, il craque de toutes parts.

Notre Système solaire n'est pas une île dans le vide, mais une toile sensible tendue dans un recoin sombre du cosmos. Les planètes tournent sur leurs orbites comme des gouttes de rosée sur des fils, et nous sommes l'araignée qui perçoit la moindre vibration.

L'Univers ne supporte pas la monotonie. Il y a un siècle, Edwin Hubble et Georges Lemaître nous ont offert une image élégante : un cosmos en expansion, lisse comme la surface d'un ballon gonflé.

L'Univers est comme un ballon qui se gonfle. La mécanique quantique interdit de mesurer avec précision à la fois sa taille et la vitesse à laquelle il se dilate. Ce principe imprègne le cosmos : une nouvelle équation affirme que l'expansion de l'Univers et sa taille sont liées par une incertitude fondamentale.

D'habitude, on raconte l'histoire de l'Univers ainsi : il n'y avait rien, puis une explosion, et depuis tout s'éloigne. Mais et s'il n'y avait pas eu de « rien » ? Un groupe de physiciens a montré que l'Univers aurait pu exister éternellement — simplement, parfois il se contracte, puis il se dilate à nouveau, comme un ressort.

Les amas globulaires sont des « pelotes » denses de centaines de milliers d'étoiles qui orbitent autour du centre de la Voie lactée. Certains sont nés dans notre Galaxie, d'autres ont été capturés lorsque la Voie lactée a absorbé des galaxies naines satellites.

Vous arpentez à pas comptés une immense salle plongée dans l'obscurité totale. Vous allez d'un mur à l'autre en comptant vos pas, et soudain vous réalisez : les distances ne concordent pas comme elles le devraient. On dirait que le sol n'est pas plat, mais bombé ou creusé en cuvette.

Après le Big Bang, la matière noire et la matière ordinaire (principalement de l'hydrogène) se sont séparées en termes de vitesse.

Un nuage lumineux dans un télescope ressemble à un lambeau de brume sur le point de se dissiper. Les nébuleuses planétaires sont des enveloppes de gaz éjectées par des étoiles mourantes.

Dans une immense salle obscure, quelqu'un d'invisible effleure les cordes. Le gaz cosmique — l'hydrogène raréfié qui remplissait l'univers jeune — ressemble à des cordes tendues qui peuvent vibrer sur une onde radio de 21 centimètres. C'est l'hydrogène qui murmure sa température.

Il y a environ 11 milliards d'années, la Voie lactée a subi une collision frontale. Pas avec un astéroïde, mais avec toute une galaxie plus petite. Elle a percuté la nôtre et a été déchiquetée, comme un nuage de farine frappé d'un coup de poing.

Le destin d'une civilisation ne se joue pas seulement sur la chance ou les catastrophes. Des scientifiques ont modélisé mille ans d'histoire selon dix scénarios différents, en tenant compte de la consommation des ressources, de la gouvernance et des chocs aléatoires.

Depuis 800 000 ans, les périodes glaciaires suivent un rythme d'environ 100 000 ans. Ce rythme coïncide étonnamment avec les variations de l'excentricité de l'orbite terrestre, l'un des cycles de Milankovitch.

Tous les 1151 ans, les sept planètes du Système solaire — de Mercure à Neptune — se retrouvent presque aux mêmes points de leurs orbites. Leur dispersion est inférieure à un degré, comme si le mécanisme céleste se remontait sur le même air.

Le ciel nocturne semble immobile, mais de nombreuses étoiles tremblent comme une peau de tambour après un coup. Le satellite TESS a observé les mêmes régions du ciel pendant sept années consécutives et a capté ce frémissement chez 19 151 géantes rouges — de vieilles étoiles gonflées.

Les autres galaxies ne sont que d'anciennes photographies, mais nous observons la Voie lactée en direct.

Le Soleil n'est pas une ampoule parfaitement stable. Sa luminosité tremble légèrement : tantôt elle augmente, tantôt elle diminue. Pour le climat de la Terre, même les variations lentes, étalées sur des milliers ou des millions d'années, comptent. Ce sont elles qui ont pu laisser une trace dans les archives géologiques des 540 derniers millions d'années. L'astronome [scientist:A.

L'Univers a longtemps été considéré comme un cuisinier strict : on pensait que dans chaque recoin, les étoiles étaient mélangées selon une seule recette — pour chaque étoile géante, on trouvait à peu près le même nombre de naines, peu importe où elles étaient nées.

En 2020, le télescope à rayons X eROSITA a détecté une paire d'énormes bulles suspendues au-dessus et en dessous du disque de notre galaxie. Ces nuages de gaz chauffés à des millions de degrés sont la trace d'une colossale éjection d'énergie depuis le centre.

Les astronomes tentent de capter l'écho radio du Big Bang, cette faible lueur qui imprègne tout l'Univers. Mais leurs récepteurs sont submergés par le bruit : notre Galaxie regorge de poussière interstellaire lumineuse, dont le rayonnement peut facilement être confondu avec le signal venu du passé.

Les amas globulaires sont de denses archives stellaires où est consignée la jeunesse de la galaxie. Mais lire cette chronique était entravé par des chronomètres imprécis : les estimations d'âge variaient d'un milliard d'années.