Il y a environ 13,8 milliards d'années, tout ce qui existe — l'espace, le temps, la matière — était concentré dans un état extraordinairement chaud et dense. Depuis, l'Univers ne cesse de s'étendre et de refroidir : c'est le modèle du Big Bang, la meilleure explication dont disposent aujourd'hui les scientifiques pour raconter l'histoire du cosmos.
Chiffres clés
- Âge de l'Univers
- ≈ 13,8 milliards d'années
- Lumière libérée
- 380 000 ans après le début
- Univers observable
- ≈ 93 milliards d'années-lumière
- Fond diffus aujourd'hui
- ≈ 2,7 K (−270 °C)
Ni explosion, ni centre
On imagine souvent le Big Bang comme une gigantesque explosion, avec un centre et des débris projetés dans le vide. C'est une image trompeuse. Le Big Bang n'est pas une explosion dans l'espace : c'est l'espace lui-même qui se met à grandir, partout à la fois.
Il n'y a donc pas de « point » d'où tout serait parti, ni de bord vers lequel l'Univers s'étendrait. Où que l'on se place — dans notre galaxie ou dans une galaxie lointaine —, on voit la même chose : tout le reste s'éloigne. Le Big Bang a eu lieu « partout ».
Une chronologie en quelques grandes étapes
Dans les premières fractions de seconde, l'Univers est si chaud et si dense qu'aucun atome ne peut exister : la matière est une « soupe » de particules élémentaires. En se dilatant, il refroidit, et la matière s'organise peu à peu.
- Les 3 premières minutes : les premiers noyaux légers se forment (hydrogène, hélium, un peu de lithium). C'est la « nucléosynthèse primordiale ».
- 380 000 ans : l'Univers est enfin assez froid pour que les noyaux capturent des électrons et forment les premiers atomes. La lumière, qui était piégée, peut alors circuler librement : l'Univers devient transparent. Cette lumière libérée, on la voit encore aujourd'hui (voir plus bas).
- Environ 200 millions d'années : la gravité rassemble la matière et allume les premières étoiles, puis les premières galaxies.
- 13,8 milliards d'années : nous voici, sur une planète autour d'une étoile ordinaire.
L'Univers est en expansion
La première grande découverte est venue de l'astronome Edwin Hubble. En 1929, il remarque que presque toutes les galaxies s'éloignent de nous, et d'autant plus vite qu'elles sont lointaines. C'est la signature d'un Univers qui gonfle.
Une bonne image : dessinez des points sur un ballon, puis gonflez-le. Chaque point voit tous les autres s'éloigner, sans qu'aucun ne soit le centre. On peut aussi penser à des raisins dans un cake qui lève au four : la pâte (l'espace) grandit et écarte les raisins (les galaxies).
En « rembobinant » cette expansion vers le passé, on remonte à un instant où tout était réuni, chaud et dense : le Big Bang.
Le fond diffus cosmologique : l'écho du Big Bang
En 1965, deux ingénieurs américains, Arno Penzias et Robert Wilson, captent par hasard un « bruit » qui vient de toutes les directions du ciel. Ce n'est pas une panne : c'est la lumière libérée 380 000 ans après le Big Bang, étirée par l'expansion jusqu'à devenir un rayonnement micro-onde très froid.
On l'appelle le fond diffus cosmologique. C'est la plus vieille lumière de l'Univers, sa « photo de bébé ». Aujourd'hui refroidie à seulement 2,7 kelvins (environ −270 °C), elle a été cartographiée avec une précision extraordinaire par les satellites COBE, WMAP puis Planck. Ses infimes variations de température sont les germes des futures galaxies.
Trois preuves qui se recoupent
- L'expansion : les galaxies s'éloignent comme le prévoit le modèle (Hubble).
- Le fond diffus cosmologique : le rayonnement « fossile » est là, exactement là où il devait être.
- L'abondance des éléments légers : la quantité d'hélium et d'hydrogène observée dans l'Univers correspond très précisément à ce que le modèle prévoit pour les premières minutes.
Trois observations indépendantes qui pointent toutes vers la même histoire : c'est ce qui rend le modèle du Big Bang aussi solide.
Ce qu'on ne sait pas encore
Le Big Bang décrit remarquablement bien l'histoire de l'Univers à partir d'un instant très précoce. Mais il reste de grandes questions ouvertes : que s'est-il passé au tout premier instant ? La question « qu'y avait-il avant ? » a-t-elle même un sens, si le temps lui-même commence là ?
On sait aussi que l'expansion s'accélère, poussée par une mystérieuse « énergie noire », et que l'essentiel de la matière est invisible (la « matière noire »). Le Big Bang n'est donc pas la fin de l'histoire : c'est un cadre très solide, avec encore de belles énigmes à résoudre.