âges sombres

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 ».

Dans le système KH 15D, deux jeunes étoiles tournent autour d'un centre commun, et entre elles et nous se trouve un immense disque de poussière – comme un rideau qui tantôt cache les étoiles, tantôt les dévoile. Pendant soixante-quinze ans, les astronomes ont observé ce « théâtre d'ombres » : parfois la lumière s'éteignait presque, parfois elle flamboyait à nouveau.

Lorsque des étoiles naissent dans une galaxie, elles font briller l'hydrogène — comme une enseigne au néon, mais à l'échelle cosmique. Cette lumière pourrait en dire long sur le nombre d'étoiles en formation, mais sur le chemin jusqu'à nous, elle traverse la poussière cosmique.

Le spectrographe de JWST a capté une infime chute dans le spectre d'une galaxie lointaine — deux raies, telles des ombres laissées par du gaz froid. Ce sont les raies du sodium, cette même lumière jaune des lampadaires. Ici, aux confins de l'Univers visible, elles trahissent un souffle paresseux de la galaxie qui restitue sa matière dans l'espace.

L'eau qui bout dans une casserole — voilà par où commencer. Les bulles de vapeur remontent, éclatent, et la surface se calme. C'est à peu près ainsi qu'au tout début de la vie de l'Univers, un champ particulier remplissant l'espace a pu se comporter : des bulles de nouvelle phase s'y gonflaient et entraient en collision — comme des îlots de vapeur dans un…

Longtemps, la cosmologie a été dominée par une conviction héritée de Stephen Hawking : à l'ère du rayonnement, les trous noirs primordiaux ne grandissent pas.

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.

La matière noire demeure l'une des plus grandes énigmes de la physique moderne. Déjà, Vera Rubin, en observant la rotation des galaxies, avait prouvé que la matière visible ne suffisait pas à retenir les étoiles.

Dans les tout premiers instants après le Big Bang, l'Univers a gonflé à une vitesse inimaginable. Cette inflation a laissé derrière elle des ondulations — d'infimes surdensités dans le rayonnement et le plasma brûlants.

Tout a commencé par un déficit de masse. Dans les années 1930, Fritz Zwicky, en mesurant les vitesses dans les amas de galaxies, fut le premier à soupçonner la présence d'une matière invisible.

Dans la nuit infinie du cosmos, les galaxies se rapprochent dans une lente danse gravitationnelle pour ne faire qu'une. Ces collisions ne sont pas des chocs frontaux, mais plutôt le mouvement lent des doigts dans l'eau, laissant derrière eux des tourbillons et des traînées.

Tout n'a pas commencé par le vide, mais par un océan bouillonnant de plasma. Dans ce bouillon primordial, des ondes sonores traversaient la matière en feu, se heurtaient et la comprimaient. Parfois, un amas devenait si dense que la lumière ne pouvait plus s'en échapper — et, directement du gaz incandescent, naissait un trou noir primordial.

L'Univers primordial a connu une expansion fulgurante : l'inflation. En une fraction infinitésimale de seconde, d'infimes fluctuations quantiques se sont étirées jusqu'à atteindre la taille des galaxies, devenant les germes de toute la structure à grande échelle.

Un feu de camp ne se consume pas d'un coup. Si l'on jette un œil aux flammes à un instant aléatoire, on ne voit qu'un chaos de langues de feu — et l'on ne peut jamais savoir ce qui a brûlé : une branche humide, un vieux journal ou une brassée d'herbe sèche.

Dans l'Univers, les civilisations sont séparées non seulement par la distance, mais aussi par un gouffre temporel. Chercher leurs traces s'apparente à l'archéologie : au lieu de ruines de palais, on trouve des nuages de poussière cosmique.

L'origine du Big Bang chaud est l'une des plus grandes énigmes. Le scénario habituel : après l'inflation, le champ de l'inflaton transmet son énergie aux particules ordinaires, réchauffant l'Univers. Cependant, la matière noire et l'énergie noire suggèrent que la nature recèle des secteurs cachés.

Une éponge jetée dans un seau d'eau absorbe avidement l'humidité et gonfle à vue d'œil. Mais si l'on ajoute constamment de l'eau et que l'on comprime puis relâche l'éponge, l'absorption devient plus difficile et dure plus longtemps. C'est à peu près ainsi que se comportaient les minuscules trous noirs au tout début de l'Univers.

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.

Le télescope James Webb a détecté de nombreuses galaxies brillantes dans l'Univers jeune. Leur lumière ultraviolette n'était presque pas absorbée par la poussière cosmique – contrairement à ce que l'on pensait. Le secret ?

Dans le chaudron bouillant du Big Bang primordial, le vide, telle une [liquide surfondu], pouvait entrer en ébullition par bulles d'une nouvelle phase. Longtemps, les physiciens ont placé leurs espoirs dans ces bulles comme source de trous noirs primordiaux (TNP) — des candidats idéaux pour la matière noire.

Dans un jardin où les premières fleurs non seulement s'épanouissent, mais laissent aussitôt tomber leurs graines bien au-delà de la clôture, il y a quelque chose d'incroyablement généreux. Quelque chose de semblable se passait dans l'Univers jeune.

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.

Dans les premiers instants après le Big Bang, le cosmos ressemblait à un étang géant en train de refroidir. Comme l'eau qui gèle se couvre d'un réseau de fissures, l'Univers en refroidissement aurait pu se craqueler – mais non pas de glace, plutôt de fils infiniment fins d'énergie pure. Ces fils sont appelés cordes cosmiques.

Après le Big Bang, l'Univers était rempli d'un gaz froid – principalement de l'hydrogène et de l'hélium neutres. Ce gaz enveloppait le cosmos comme un brouillard matinal, imperméable à la lumière. Les âges sombres commencèrent.

La densité au centre d'une étoile à neutrons est telle qu'une cuillère à café de sa matière pèserait autant qu'une montagne. Les physiciens cherchent depuis longtemps à comprendre à quel point une telle étoile peut être massive avant de s'effondrer en trou noir.

En 2015, des astronomes observaient l'amas de galaxies de la Chevelure de Bérénice et ont remarqué quelque chose d'étrange : d'énormes « flocons » presque invisibles. Ces galaxies ont la taille de notre Voie lactée, mais brillent des centaines de fois plus faiblement. On les a appelées ultra-diffuses, c'est-à-dire « extrêmement étalées ».

Les premières étoiles se sont allumées dans des nuages qui ne contenaient que de l'hydrogène et de l'hélium. Les éléments lourds — carbone, oxygène, fer — sont apparus plus tard, à l'intérieur des étoiles.

Au centre de la Voie lactée, parmi une dense profusion d'étoiles, se cache l'amas globulaire Tonantzintla 2. Il est passé inaperçu pendant des décennies, bien qu'il détienne la clé de l'histoire la plus ancienne de notre Galaxie.

Dans l'univers naissant, juste après le Big Bang, l'espace était en expansion rapide et le vide ressemblait à un liquide surchauffé. Lorsque le « bouillonnement » a commencé, des bulles de vrai vide ont émergé.

Quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, l'Univers ressemblait à un océan sombre et infini, enveloppé d'un épais brouillard d'hydrogène neutre (non ionisé). Puis quelque chose a dissipé l'obscurité : le rayonnement ultraviolet arrachait les électrons des atomes, rendant le gaz transparent comme de l'eau claire.

Après le Big Bang, l'univers était brûlant et dense. Dans les amas de matière noire — cette substance invisible que seule la gravité révèle — les particules s'entrechoquaient, s'annihilant pour produire un rayonnement puissant. Cette chaleur cachée, tel un foyer invisible, réchauffait les nuages de gaz de l'intérieur.