Sciences et Avenir: la face cachée de l'Univers

200
18 19 20
Premières
étoiles ?
Étoiles
supermassives
(30-500 masses solaires)
Âges sombres
Recombinaison
0,4
1 090
0
∞
t
z
Big Bang
+
inflation
L’évolution de
la matière ordinaire
En graduant le déroulé de l’histoire du cosmos
à l’aide du décalage vers le rouge z subi par
la lumière des objets lointains, les étapes
primordiales de son évolution sont étirées,
les époques récentes tassées. La phase
d’expansion explosive (à t=0) correspond
à une valeur de z infinie, et le présent, à un
décalage z nul. L’accélération de l’expansion
cosmique due à l’énergie sombre (lire p. 36-39)
a commencé autour de z = 1.
Initialement empli d’un plasma (un gaz ionisé
brûlant), l’Univers est entré dans son premier
âge sombre après la « recombinaison »,
lorsque à z = 1 090, le plasma est devenu
assez froid pour que les électrons soient
capturés par les noyaux atomiques, formant
un mélange d’hydrogène et d’hélium neutre et
transparent. À partir de la première génération
d’étoiles, des phénomènes violents réionisent
progressivement ce gaz – renvoyé à l’état de
noyaux et d’électrons dissociés –, bien que
l’Univers reste transparent, son contenu ayant
été considérablement dilué par l’expansion.
Le James-Webb va sonder cette période de
formation des grandes structures de l’Univers.
Le télescope Euclid explorera une région du
ciel moins profonde mais plus large. Einstein
(lire p. 56-61), interféromètre européen prévu
pour 2035, devrait scruter l’Univers âgé de
moins d’un milliard d’années.
NAOJ
axe de rotation. Cette activité violente enclenchée
à partir de la première génération d’étoiles
est attestée : en observant l’Univers lointain, et
donc jeune, les astronomes constatent en effet
qu’au cours du temps, une proportion de plus
en plus grande du gaz qu’il contenait (essentiellement
du dihydrogène, H 2
) s’est retrouvé
sous forme de plasma chaud ionisé. Un phénomène
appelé réionisation, initié à la fin des
Âges sombres et qui semble s’être achevé un
peu avant que l’Univers ne fête son premier
milliard d’années.
On comprend dès lors que toute simulation
numérique du devenir de la matière ordinaire
doive intégrer un nombre impressionnant de
lois physiques… Non seulement celles de la
gravité, mais aussi celles de la thermodynamique
qui président à son échauffement puis
à son éventuelle condensation, celles de la physique
des plasmas qui régissent atmosphères
stellaires et disques d’accrétion, celles de la
physique nucléaire qui prédisent la synthèse
des éléments lourds dans le cœur des étoiles.
Sans oublier la relativité générale au voisinage
des trous noirs… Bref, une fois qu’aux côtés
de la matière noire entrent en jeu les talents
CERTAINES
SUPERNOVAE
ONT PU
PRODUIRE DES
TROUS NOIRS
DE MASSE
INTERMÉDIAIRE
QUI SERAIENT
PEUT-ÊTRE,
PAR FUSIONS
SUCCESSIVES,
LES ANCÊTRES
DES MONSTRES
TAPIS AU
CENTRE DES
GRANDES
GALAXIES
autrement plus divers de la matière ordinaire,
la situation devient inextricablement complexe !
Pas étonnant que les simulations peinent à
suivre… « Il faut bien se rendre compte, continue
Sandrine Codis, que lorsque l’on parle de
trous noirs ou de supernovae, on parle de phénomènes
dont les répercussions sont globales,
mais qui ont lieu à très, très petite échelle comparée
à l’échelle cosmologique de nos simulations
! Les modèles n’ont tout simplement pas
la précision suffisante pour les prendre correctement
en compte. »
Il n’est donc pas surprenant que restent dans
l’ombre des pans entiers de l’histoire des
grandes structures de l’Univers. Une histoire
au cours de laquelle les étoiles ont dû se rassembler
en galaxies naines, dont les rencontres
et les fusions ultérieures – dans un Univers
trois ou quatre fois plus « petit » et encombré
qu’aujourd’hui – ont favorisé d’une part
des flambées de naissances de jeunes étoiles
chaudes, d’autre part la croissance de galaxies
géantes, tandis que tout ce beau monde se rassemblait
pour former les grands amas galactiques
contemporains. Au cours du processus
de fusion des galaxies, les trous noirs
AVRIL/JUIN 2022 SCIENCES ET AVENIR NUMÉRO SPÉCIAL I 53