ère dominée par le rayonnement

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 monde macroscopique, il existe une règle simple : la densité d'énergie ne peut pas être négative, et son flux ne peut pas dépasser la lumière. Au café, cela donnerait : un serveur ne peut pas distribuer les commandes plus vite qu'il ne court lui-même. Les physiciens appellent cette contrainte la condition de dominance de l'énergie.

Un phare puissant dans un brouillard épais paraît faible, tandis qu’une petite flamme dans un air limpide se voit à des kilomètres. Une bizarrerie similaire a plongé les astrophysiciens dans la perplexité il y a près d’un demi-siècle.

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.

En 1981, Alan Guth a proposé le scénario de l'inflation cosmologique — une expansion fulgurante de l'espace qui a étiré les fluctuations quantiques jusqu'à l'échelle de galaxies entières.

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.

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.

Les galaxies elliptiques sont de paisibles métropoles stellaires à la retraite. Selon toutes les lois, leur lumière devrait être calme, rougeâtre, comme un coucher de soleil. Mais les spectres crient le contraire : dans l'ultraviolet lointain, ces vieilles dames flambent comme des guirlandes de Noël.

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.

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.

Une rue où l'on vient de construire des maisons. Certaines brillent de fenêtres propres, d'autres sont couvertes de poussière de chantier. C'est à peu près à cela que ressemblaient les galaxies lorsque l'Univers n'avait que quelques centaines de millions d'années.

Juste après le Big Bang, des amas pesant un trillion de soleils et porteurs d'une charge électrique colossale – comme des trillions de ballons électrisés – ont pu flotter dans l'espace.

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.

Les axions sont des particules insaisissables, proposées par Roberto D. Peccei et Helen Quinn pour résoudre une énigme du modèle standard. C'est Frank Wilczek qui leur a donné leur nom.

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

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.

Un minuscule trou noir de la taille d'un noyau atomique flotte dans le bouillon brûlant de l'univers primordial. Normalement, une telle petite créature devrait s'évaporer rapidement, libérant son énergie comme une goutte d'eau sur une poêle brûlante. Mais si l'espace est plus complexe qu'il n'y paraît et contient des dimensions cachées, tout change.

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.

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.

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.

Aux débuts de la Terre, il y a environ quatre milliards d'années, la planète était un endroit hostile : un soleil terne, des impacts d'astéroïdes fréquents, un air sans oxygène. Dans ces conditions, les premiers pas de la vie semblent presque impossibles.

Les neutrinos sont des particules minuscules qui interagissent à peine avec la matière. Ils traversent une étoile sans encombre, comme des balles à travers un nuage. Lorsqu'une étoile massive se prépare à exploser, son noyau se contracte, la température augmente et des neutrinos commencent à s'en échapper.

Au milieu du XXe siècle, l'astronome Vera Rubin a découvert que les étoiles aux confins des galaxies se déplacent trop vite — une masse invisible les retient. C'est ainsi qu'est né le mystère de la matière noire. Elle n'émet pas de lumière, mais se manifeste par la gravitation.

L'Univers a commencé avec le Big Bang et l'inflation qui a suivi — une expansion brutale. Alan Guth a suggéré que dans certaines régions, cette croissance ne s'est jamais arrêtée. Elles sont restées à jamais des poches « pas tout à fait cuites » d'expansion éternelle.

Dans les premiers instants après le Big Bang, le cosmos ressemblait à un chaudron de bouillon bouillonnant. À l'intérieur, telles des grumeaux de farine, de denses amas d'énergie se formaient et gonflaient : les oscillons. Ils grandissaient, gagnaient en puissance et prirent bientôt le contrôle de l'expansion de l'univers.

La matière noire n'est peut-être pas faite de particules, mais de trous noirs datant du Big Bang.

Le ciel nocturne est plein d'étoiles, mais elles ne représentent qu'une infime partie de ce qui existe dans l'Univers. Les astronomes ont depuis longtemps remarqué une étrangeté : les galaxies tournent si vite qu'elles devraient se disperser, mais elles ne le font pas.

En utilisant des marqueurs de couleur sur les images du James Webb, les astronomes ont repéré des galaxies qui disparaissent en ultraviolet — le brouillard d'hydrogène à une certaine distance coupe leur lumière. C'est ainsi qu'ils ont trouvé les plus anciens systèmes stellaires.

Autour de TRAPPIST-1, la photosynthèse oxygénique perd la course. Cette étoile naine émet surtout de l'infrarouge, et non de la lumière visible comme le Soleil.

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.

Nuit du 4 mars 2024. Le radiotélescope MeerKAT, en Afrique du Sud, capte une impulsion d'une milliseconde : un sursaut radio rapide venu de 17.4 gigaparsecs de profondeur. C'est une lumière qui a mis 10.5 milliards d'années pour atteindre la Terre.

La nuit, au-dessus de la taïga sibérienne, une faible lueur bleue scintille parfois. Ce n'est pas une aurore boréale, mais une pluie cosmique : une particule venue du fin fond de l'espace percute l'atmosphère et se fragmente en des millions de particules secondaires. Elles foncent vers le sol en un front large, comme une onde provoquée par une pierre jetée dans l'eau, et font briller l'air.

Le ballon ATIC s'est élevé au-dessus de l'Antarctique et a capté des particules plus anciennes que la Terre elle-même. Parmi elles, des noyaux atomiques du soufre au chrome, et plus leur énergie est élevée, plus leur proportion par rapport au fer augmente.