réionisation

Un film transparent d'oxyde de bismuth-tungstène repose sur un substrat et ne conduit pas le courant. Trois minutes dans un nuage de plasma d'azote suffisent pour qu'il noircisse et que sa résistance chute d'un facteur un milliard.

Imaginez que vous regardez une chaîne de montagnes lointaine à travers le brouillard matinal. Les contours des sommets sont flous, et si le brouillard est hétérogène, certains versants se perdent plus que d'autres. C'est à peu près ainsi que les astronomes perçoivent la lumière ancienne de l'Univers, qui met 13,8 milliards d'années à nous parvenir.

Dans une galaxie lointaine, la lumière du gaz incandescent aurait dû révéler sa composition. Le télescope James Webb a décomposé cette lumière en spectre, et les astronomes ont vu : les raies de l'oxygène étaient trop faibles.

L'interprète sursaute au moindre bruit dans la salle — et une réunion d'une heure s'étire sur deux. Une étoile à neutrons comprime la masse du Soleil dans une sphère de la taille d'une ville, et la matière en son cœur est plus dense que le noyau atomique. Les physiciens ne peuvent pas vérifier sa structure en laboratoire : la pression requise est impossible à créer.

Lorsqu'un faisceau laser frappe un gaz, il arrache les électrons des atomes et les accélère presque à la vitesse de la lumière. En traversant le plasma, ces électrons émettent des rayons X, comme une traînée lumineuse laissée par une particule rapide.

Dans les nuages interstellaires sombres, où naissent de nouvelles étoiles, la chimie commence avec une particule minuscule : l'ion trihydrogène (H₃⁺). Il entre en collision avec d'autres atomes et déclenche une cascade de réactions qui construisent des molécules de plus en plus complexes.

Dans les nuages interstellaires sombres, où naissent de nouvelles étoiles, la chimie commence avec une particule minuscule : l'ion trihydrogène (H₃⁺). Il entre en collision avec d'autres atomes et déclenche une cascade de réactions qui construisent des molécules de plus en plus complexes.

Les cosmologistes sont confrontés à une situation amusante : deux outils fiables dessinent des cartes légèrement différentes du même Univers. L'un est la carte de la lumière ancienne (le rayonnement fossile), l'autre est la carte de la distribution des galaxies. Dans l'ensemble, ils concordent, mais dans le détail, ils divergent.

L'Univers primordial ressemble à un ressort comprimé à l'extrême. Dans les premiers instants, il s'est expansé à une vitesse inimaginable — cette phase est appelée inflation.

Juste après le Big Bang, l’Univers ressemblait à un chaudron en ébullition : partout éclataient et grossissaient des bulles d’un nouvel état de la matière. Il s’agissait de transitions de phase du premier ordre — exactement comme l’ébullition de l’eau. Sauf que la température atteignait des billions de degrés.

La lumière du quasar J0744+2052 a voyagé près de 12 milliards d’années jusqu’à nous. En chemin, elle a rencontré des nuages d’hydrogène qui ont arraché au spectre certaines raies, à la manière d’un peigne qui élimine des fréquences fines. Les astronomes appellent cette structure la forêt Lyman-alpha.

La lumière du quasar J0744+2052 a voyagé près de 12 milliards d’années jusqu’à nous. En chemin, elle a rencontré des nuages d’hydrogène qui ont arraché au spectre certaines raies, à la manière d’un peigne qui élimine des fréquences fines. Les astronomes appellent cette structure la forêt Lyman-alpha.

Pendant treize milliards d'années, la lumière a voyagé à travers le vide cosmique. Elle contournait de massifs galaxie qui, comme l'avait prédit Einstein, agissaient comme des lentilles géantes — amplifiant et déformant le lointain rayonnement. En 2023, l'instrument NIRSpec à bord de James Webb a capté cette lumière et l'a décomposée en spectres.

Une cascade qui ne se réchauffe pas en tombant mais qui gèle : c'est à peu près ce que fait le gaz qui s'écoule sur une étoile à neutrons dans un pulsar à rayons X lorsque l'étoile brille faiblement. D'habitude, la matière qui tombe s'échauffe jusqu'à devenir incandescente, mais une nouvelle étude montre l'inverse.

Depuis que Saul Perlmutter et ses collègues ont découvert l'expansion accélérée de l'univers, les physiciens se creusent la tête sur la nature de l'énergie noire.

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.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers a connu une expansion fulgurante : l'inflation. Tel un ballon gonflé non pas uniformément mais avec de minuscules pulsations, il s'est étiré des milliards de fois en une fraction infinitésimale de seconde.

Le rayonnement fossile n'est pas qu'une faible lueur à 2,7 K. C'est une photographie de l'Univers 380 000 ans après le Big Bang, lorsque le plasma primordial est enfin devenu transparent à la lumière. Mais pour les physiciens théoriciens, ce qui s'est passé encore plus tôt est bien plus intéressant.

Dans un champ de la taille d'un grain de sable tenu à bout de bras se cachent des centaines de galaxies, étirées en arcs par l'amas massif Abell S1063.

Au centre de presque chaque grande galaxie se cache un trou noir supermassif, dont l'abîme gravitationnel a été décrit mathématiquement pour la première fois par Karl Schwarzschild. Lorsqu'il avale du gaz, naît un noyau actif éblouissant — un quasar.

Juste après le Big Bang, l'Univers était un désert chimique — seulement de l'hydrogène et de l'hélium, aucune trace de métaux. Mais quelques instants plus tard (à l'échelle cosmique), la formation des premières étoiles a commencé — la population III.

L'amas géant de galaxies Abell S1063, situé à 4 milliards d'années-lumière, agit non seulement comme une lentille, mais comme un puits gravitationnel temporel.

Comme un projecteur : de profil, il émet une lumière rouge terne, mais de face, il éblouit en blanc-bleu. C'est exactement ce que sont les mystérieux « petits points rouges » de l'univers primordial : des trous noirs géants tournés vers nous de profil.

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.

Juste après le Big Bang, le cosmos était un plasma brûlant — un mélange de particules chargées et de lumière.

L'Univers à 700 millions d'années, c'est un chantier bruyant où les premières lumières commencent à peine à s'allumer. Les télescopes ont capté un signal de cette époque lointaine : la galaxie REBELS-25, massive et pleine de carburant stellaire.

La lumière la plus ancienne de l'Univers voyage vers nous depuis près de 14 milliards d'années. Elle est née lorsque le cosmos est devenu transparent, et depuis, son plan d'oscillation tourne imperceptiblement. La cause : un océan invisible qui imprègne tout l'espace — le champ d'énergie sombre qui accélère l'expansion de l'Univers.

Quand l'orchestre s'accorde, des sons disparates flottent dans la salle — mais dès que le chef lève sa baguette, le chaos se transforme en symphonie. C'est à peu près ainsi qu'a commencé notre Univers. Dans les premiers instants, il s'est étendu à une vitesse inimaginable — plus vite que la lumière n'aurait pu le traverser.

Les supernovae de type Ia sont les accords finaux, éblouissants, de la symphonie de l'évolution stellaire : lorsqu'une naine blanche franchit la limite prédite par Subrahmanyan Chandrasekhar, elle explose avec une telle luminosité qu'elle éclipse un instant…

Il y a treize milliards d'années, quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, l'univers était plongé dans une obscurité totale. Le cosmos, poursuivant son expansion, était rempli d'hydrogène neutre — froid et opaque aux ultraviolets.

L'Univers est un cuisinier génial, et le Big Bang est sa recette parfaite. L'hydrogène a levé comme une pâte aérienne, l'hélium a fondu comme un délice, mais le lithium-7 semble avoir été trop salé : la théorie en prédit trois fois plus que ce que les astronomes trouvent dans les étoiles les plus anciennes.

Les deux premiers milliards d'années après le Big Bang — une époque où l'Univers ressemblait à un chantier bouillonnant. La matière noire agglomérait le gaz en amas, qui s'embrasait en premières étoiles.

Au cœur d'un nuage moléculaire naît une étoile massive. Sa lumière ultraviolette ionise l'hydrogène, et le nuage s'embrase dans la raie Lyman-alpha. Mais pour le photon, cette lueur n'est pas une libération, mais un emprisonnement dans un labyrinthe de miroirs.

Si vous allumez une lampe dans une pièce, elle éclaire les murs. Mais si vous placez la même lampe dans une immense salle, la lumière atteint à peine les coins. De la même manière, le rayonnement des jeunes étoiles agit sur le gaz d'une galaxie : il arrache des électrons aux atomes d'hydrogène, faisant briller le gaz.

Le thé chaud placé dans le congélateur ne se couvre pas immédiatement de glace. D'abord, de minuscules aiguilles de glace s'y agitent — elles apparaissent et fondent, jusqu'à ce que la température baisse suffisamment pour que la glace prenne solidement. C'est à peu près ce qui s'est passé dans l'Univers primordial lorsqu'il refroidissait et modifiait sa structure interne.

La naissance de l'Univers évoque moins une explosion qu'un embouteillage. D'abord, dans une fraction infinitésimale de seconde après le Big Bang, l'espace s'est étendu paresseusement, comme des voitures prises dans un bouchon. Puis est venu un brusque élan – l'expansion accélérée que les cosmologistes appellent inflation.

Le faisceau d'une lampe de poche glisse sur un verre irrégulier. Le verre, ce sont les amas massifs de galaxies, et la lampe de poche, c'est la lumière ancienne née peu après le Big Bang. En passant près de ces amas, la lumière ne se contente pas de les contourner comme l'eau contourne une pierre.

Dans le monde quantique, la lumière et la matière échangent constamment de l'énergie. Auparavant, on les décrivait de manière statique, comme des poses figées. La nouvelle approche suit la danse elle-même : les transitions entre les états, comme une succession continue de mouvements.

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 ?

Une ampoule tamisée qui se met soudain à éclairer des motifs invisibles sur le mur : c'est un peu ainsi que les astronomes observent les galaxies naines lointaines, ces minuscules îles d'étoiles pauvres en éléments lourds. Dans certaines d'entre elles, on a remarqué une faible lueur violette d'hélium ionisé (la raie spectrale particulière He II 4686 Å).