L’apparition des premières structures de l’Univers se fit par ordre hiérarchique de taille, des plus petites aux plus grandes. Comprendre leur formation et leur composition est l’un des enjeux majeurs de la cosmologie moderne.

Aux aurores de l’Univers, les quasars se mirent à peupler le plasma photons-baryons. Ceux-ci, bien qu’ayant fait l’objet de nombreuses controverses jusque dans les années 1980, sont désormais reconnus de manière consensuelle comme des galaxies extrêmement énergétiques avec un noyau galactique actif, entourant un trou noir massif en leur centre. Ces galaxies sont alimentées par l’énergie du disque d’accrétion qui entoure le trou noir et ont une taille allant de 10 à 10000 fois le rayon de Schwarzohild (rayon d’un trou noir marquant la limite accessible à l’observation). Après la recombinaison permettant la libre circulation de photons et la transparence de l’Univers, commença l’ère dite de réionisation, aux alentours de 1 50 millions d’années après le mur de Planck. Cette ère dura environ 850 millions d’années et connut une forte ionisation des atomes suite à la toute première génération d’étoiles dites de population III, à partir de 400 millions d’années après le Big Bang. Bien que celles-ci n’ont pas encore pu être directement observées à ce jour, on suppose aujourd’hui qu’elles constituent les galaxies bleu pâle, une couleur que l’on attribue à leur éloignement. Leur existence est en outre nécessaire pour expliquer les éléments lourds dans le spectre des quasars. Ainsi bien qu’ayant été particulièrement massives, la durée de vie de ces étoiles aurait été relativement courte, mais suffisante pour ioniser tout le milieu interstellaire environnant ! Leur processus de transmutation utilisait alors les éléments chimiques légers (hydrogène, hélium et lithium) pour former des éléments lourds. Vinrent après les premières galaxies, faisant suite à l’effondrement d’un important volume de matière et à la génération d’étoile dites de population II puis, plus tard, de population I. À l’origine de l’apparition des premières galaxies, des fluctuations primordiales de densité ; en d’autres termes, avec le refroidissement de l’univers, des agrégats de matière noire se sont produits, attirés par la gravitation vers les zones les plus denses, posant ainsi les embryons de ce qui allait devenir les premières galaxies. En 1936, Edwin Hubble élabora une classification des types de galaxies basés sur des critères morphologiques de ces dernières. Il trouva en tout trois grands types de galaxies : les galaxies elliptiques (pauvres en gaz et en poussières et le plus souvent composées de vieilles étoiles), les galaxies spirales (riches en gaz et constituées à la fois d’étoiles jeunes et moins jeunes), et enfin les « irrégulières » (plutôt riches en gaz et en poussières et composées d’étoiles jeunes). Survint alors la création de notre système solaire, aux alentours de 8 milliards d’années
après le Big Bang. Il est intéressant de noter que le Soleil est une étoile de génération tardive, et qu’elle est notamment composée de débris d’étoiles des générations précédentes. L’hypothèse la plus largement acceptée est que notre système solaire s’est formé à partir de la nébuleuse solaire ; l’effondrement de ce nuage moléculaire géant, s’étendant sur plusieurs années-lumière, aurait formé plusieurs étoiles, dont le Soleil. Suite à l’analyse de météorites indiquant la présence d’éléments exclusivement formés par de très grandes explosions, on considère que le Soleil s’est ainsi formé au cœur d’un amas d’étoiles à proximité de plusieurs supernovae. Ce serait l’onde de choc provoquée par ces supernovae qui aurait permis à la gravité de prendre le dessus sur la pression interne du gaz et de provoquer l’effondrement qui aboutira à la création de la nébuleuse pré-solaire. Après 1 00 millions d’années, la pression et la température devinrent suffisantes pour initier la fusion nucléaire au sein de l’astre, qui devint une étoile à part entière et commença à consommer l’hydrogène pour le transformer en hélium… C’était il y a 4,6 milliards d’années : notre soleil était né ! Quant à la formation des autres corps de notre système solaire, ils seraient apparus par un phénomène d’accrétion, c’est-à-dire par l’agglomération de matière sous l’effet gravitationnel en transformant de l’énergie mécanique en énergie thermique, générant de fait un rayonnement. C’est ainsi que naquirent les premiers corps de notre voisinage direct, issus du gigantesque nuage de gaz et de poussière. Une série de collisions successives donnèrent ensuite naissance à des planétésimaux d’environ 5 kilomètres de diamètre, qui ne cessèrent d’augmenter leur taille un rythme estimé de 15 centimètres par an! Mais l’Univers demeurait très chaud, au point que le méthane et l’eau nécessaires à l’apparition de la vie ne pouvaient se condenser. Seuls les corps rocheux avec un point de fusion élevé se formerent (à l’instar des silicates et des métaux) pour aboutir aux planètes telluriques que nous connaissons : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Suivirent des équilibres subtils entre la taille des éléments et les effets de gravité entre les corps du système solaire, qui permirent la formation de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter et, justement, la formation des géantes gazeuses que sont Saturne et Jupiter. Si Saturne, légèrement moins imposante que Jupiter, avait eu une taille supérieure ou égale à ce dernier, les forces inter-gravitationnelles auraient fini par éjecter toutes les autres pla nètes hors du système solaire ! Tout ou presque s’est d’ailleurs joué à quelques infimes décimales après la virgule, sans lesquelles rien de tout ce que nous connaissons n’existerait aujourd’hui… Intervention divine diront certains, hasard scientifique miraculeux diront d’autres, ou encore simple déterminisme affir- meront les plus cartésiens. À la lumière des avancées cosmologiques, qui nous permettent de comprendre toujours davantage l’origine de notre univers, il est certaines questions auxquelles nous n’aurons probablement jamais de réponse. Il n’en va pas moins du devoir et de l’avenir de l’humanité que de sauver Siock-sumroeng sa destinée, condamnée à disparaître si elle n’est pas en mesure de voyager vers un autre système solaire, une fois la durée de vie de notre étoile atteinte. Lorsque le Soleil aura transformé tout son hydrogène en hélium dans environ 5 milliards d’années, il se changera en géante rouge, englobant et asséchant tout sur son passage. Puis il finira par perdre sa masse et deviendra une étoile de type naine blanche. Cela ne signifiera pas pour autant la fin ce notre cosmos, dont l’échelle de temps peut être selon certains considérée à l’échelle humaine comme infinie.

« CONCERNANT L’ORIGINE DE NOTRE UNIVERS, IL EST CERTAINES QUESTIONS COSMOLOGIQUES AUXQUELLES NOUS N’AURONS PROBABLEMENT JAMAIS DE RÉPONSE… »

Aller plus loin
UNE COMPRÉHENSION LIMITÉE DE L’UNIVERS…
Le modele cosmologique appelé CDM (pour l’anglais « Cold Dark Matter >> ou matière noire froidel est considéré comme le modèle standard du Big Bang. Ses propriétés permettent en effet de rendre compte de façon simple de l’existence de quatre grands phénomènes cosmologiques : l’existence et la structure du fond diffus cosmologique, l’abondance des éléments légers (hydrogène, hélium et lithium), l’accélération de l’Univers en expansion et la distribution des galaxies et de la structure de l’Univers observable. Dans ce modèle, l’Univers est isotrope et homogène, avec une courbure spatiale nulle. Cette hypothèse pose pour principe fondamental l’existence de la matière noire à hauteur de 25 % de la densité d’énergie totale de l’Univers et de l’énergie sombre à 70 %, en plus de la matière observable, qui ne represente donc que les 5 % restants !

CE QU’IL FAUT
RETENIR # BIG BANG: LE MODÈLE COSMOLOGIQUE
LE PLUS PLAUSIBLE # PLUSIEURS MILLIARDS D’ANNÉES
D’ÉVOLUTION COSMIQUE # FRANCHIR LE MUR DE PLANCK POUR
COMPRENDRE L’AVANT-BIG BANG

REPÈRES BIBLIOGRAPHIQUES
→ Paul Mallet, Le big bang : les origines de l’univers, Éditions ASAP Aurélien Barrau, Big Bang et au-delà -Les nouveaux horizons de l’Univers, Editions Dunod
→ Igor et Grichka Bogdanov, Avant le Big Bang : la création du monde, Éditions Le Livre de poche