Introduction
Il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers tel que nous le connaissons a commencé. Ce moment, connu sous le nom de Big Bang, est celui où l'espace lui-même a rapidement commencé à s'étendre. Au moment du Big Bang, l'univers observable (y compris les matériaux d'au moins 2 billions de galaxies), s'insérait dans un espace de moins d'un centimètre de diamètre. Aujourd'hui, l'univers observable mesure 93 milliards d'années-lumière et continue de s'étendre.
Il y a beaucoup de questions sur le Big Bang, en particulier sur ce qui l'a précédé (le cas échéant). Mais les scientifiques savent certaines choses. Lisez la suite pour certaines des découvertes les plus hallucinantes sur le début de tout.
L'univers s'agrandit
Jusqu'en 1929, les origines de l'univers étaient entièrement enveloppées de mythes et de théories. Mais cette année-là, un astronome entreprenant du nom d'Edwin Hubble a découvert quelque chose de très important à propos de l'univers, quelque chose qui ouvrirait de nouvelles façons de comprendre son passé: le tout se développe.
Hubble a fait sa découverte en mesurant quelque chose appelé redshift, qui est le passage vers des longueurs d'onde rouges plus longues vues dans des galaxies très éloignées. (Plus l'objet est éloigné, plus le décalage vers le rouge est prononcé.) Hubble a constaté que le décalage vers le rouge augmentait linéairement avec la distance dans les galaxies éloignées, indiquant que l'univers n'est pas stationnaire. Il se développe, partout, à la fois.
Hubble a pu calculer le taux de cette expansion, un chiffre connu sous le nom de Hubble Constant, selon la NASA. C'est cette découverte qui a permis aux scientifiques d'extrapoler et de théoriser que l'univers était autrefois emballé en un point minuscule. Ils ont appelé le premier moment de son expansion le Big Bang.
Rayonnement de fond cosmique à micro-ondes
En mai 1964, Arno Penzias et Robert Wilson, chercheurs des laboratoires Bell Telephone, travaillaient à la construction d'un nouveau récepteur radio dans le New Jersey. Leur antenne continuait à capter un bourdonnement étrange qui semblait venir de partout, tout le temps. Ils pensaient qu'il pourrait y avoir des pigeons dans l'équipement, mais retirer les nids n'a rien fait. Leurs autres tentatives de réduire les interférences non plus. Enfin, ils ont réalisé qu'ils prenaient quelque chose de réel.
Il s'est avéré que ce qu'ils avaient détecté était la première lumière de l'univers: le rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques. Ce rayonnement remonte à environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l'univers s'est finalement suffisamment refroidi pour que les photons (les particules ondulatoires qui composent la lumière) voyagent librement. La découverte a apporté un soutien à la théorie du Big Bang et à la notion que l'univers s'est étendu plus rapidement que la vitesse de la lumière à son premier instant. (C'est parce que le fond cosmique est assez uniforme, suggérant une expansion en douceur de tout à la fois à partir d'un petit point.)
Carte du ciel
La découverte du fond cosmique des micro-ondes a ouvert une fenêtre sur les origines de l'univers. En 1989, la NASA a lancé un satellite appelé Cosmic Background Explorer (COBE), qui a mesuré de minuscules variations du rayonnement de fond. Le résultat a été une "image de bébé" de l'univers, selon la NASA, qui montre certaines des premières variations de densité dans l'univers en expansion. Ces variations minuscules ont probablement donné naissance au modèle de galaxies et d'espace vide, connu sous le nom de toile cosmique des galaxies, que nous voyons dans l'univers aujourd'hui.
Preuve directe de l'inflation
Le fond cosmique des micro-ondes a également permis aux chercheurs de trouver le «pistolet fumant» pour l'inflation - cette expansion massive, plus rapide que la lumière, qui s'est produite au Big Bang. (Bien que la théorie de la relativité restreinte d'Einstein soutienne que rien ne va plus vite que la lumière dans l'espace, ce n'était pas une violation; l'espace lui-même s'est étendu.) En 2016, les physiciens ont annoncé qu'ils avaient détecté un type particulier de polarisation, ou directionnalité, dans certains le fond cosmique micro-ondes. Cette polarisation est connue sous le nom de "modes B". La polarisation en mode B a été la toute première preuve directe des ondes gravitationnelles du Big Bang. Les ondes gravitationnelles sont créées lorsque des objets massifs dans l'espace s'accélèrent ou ralentissent (les premiers jamais découverts proviennent de la collision de deux trous noirs). Les modes B offrent une nouvelle façon de sonder directement l'expansion du premier univers - et peut-être de comprendre ce qui l'a conduit.
Pas de dimensions supplémentaires jusqu'à présent
L'une des conséquences de la découverte des ondes gravitationnelles a été de permettre aux scientifiques de rechercher des dimensions supplémentaires, au-delà des trois habituelles. Selon les théoriciens, les ondes gravitationnelles devraient pouvoir traverser des dimensions inconnues, si ces dimensions existent. En octobre 2017, les scientifiques ont détecté des ondes gravitationnelles lors de la collision de deux étoiles à neutrons. Ils ont mesuré le temps qu'il a fallu aux vagues pour voyager des étoiles vers la Terre et n'ont trouvé aucune preuve de fuite extra-dimensionnelle.
Les résultats, publiés en juillet 2018 dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, suggèrent que s'il y a d'autres dimensions, elles sont minuscules - elles affecteraient des zones de l'univers de moins de 1,6 km (1 mile). Cela signifie que la théorie des cordes, qui postule que l'univers est composé de minuscules cordes vibrantes et prédit au moins 10 dimensions de l'adolescence, pourrait toujours être vraie.
Expansion accélérée…
L'une des découvertes les plus étranges en physique est que l'univers ne se développe pas seulement, il se développe à un rythme accéléré.
La découverte remonte à 1998, lorsque les physiciens ont annoncé les résultats de plusieurs projets de longue haleine qui mesuraient des supernovas particulièrement lourds appelés supernovas de type Ia. Les résultats (qui ont valu aux chercheurs Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt et Adam G. Reiss un prix Nobel en 2011), ont révélé une lumière plus faible que prévu de la plus éloignée de ces supernovas. Cette faible lumière a montré que l'espace lui-même se dilate: tout dans l'univers s'éloigne progressivement de tout le reste.
Les scientifiques appellent le moteur de cette expansion "l'énergie noire", un mystérieux moteur qui pourrait représenter environ 68% de l'énergie dans l'univers. Cette énergie sombre semble être cruciale pour que les théories du début de l'univers correspondent aux observations qui sont menées actuellement, telles que celles faites par la sonde d'anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (WMAP) de la NASA, un instrument qui a produit la carte la plus précise de la cosmique. fond micro-ondes encore.
… Encore plus vite que prévu
Les nouveaux résultats du télescope Hubble, publiés en avril 2019, ont approfondi le puzzle de l'univers en expansion. Les mesures du télescope spatial montrent que l'expansion de l'univers est 9% plus rapide que prévu à partir des observations précédentes. Pour les galaxies, chaque distance de 3,3 millions d'années-lumière de la Terre se traduit par 46 miles par seconde supplémentaires (74 km par seconde) plus rapidement que les calculs précédents ne l'avaient prévu, selon la NASA.
Pourquoi est-ce important pour les origines de l'univers? Parce que les physiciens doivent manquer quelque chose. Selon la NASA, il se peut qu'il y ait eu trois "éclats" d'énergie noire distincts pendant le Big Bang et peu de temps après. Ces explosions ont préparé le terrain pour ce que nous voyons aujourd'hui. Le premier pourrait avoir commencé l'expansion initiale; une seconde s'est peut-être produite beaucoup plus rapidement, agissant comme un pied lourd appuyé sur la pédale d'accélérateur de l'univers, provoquant l'expansion de l'univers plus rapidement qu'on ne le croyait auparavant. Une dernière explosion d'énergie noire peut expliquer l'expansion accélérée de l'univers aujourd'hui.
Rien de tout cela n'est prouvé - pour l'instant. Mais les scientifiques cherchent. Des chercheurs de l'Université du Texas à l'observatoire Austin McDonald utilisent un instrument récemment amélioré, le télescope Hobby-Eberly, pour rechercher directement l'énergie sombre. Le projet, l'expérience de l'énergie sombre du télescope Hobby-Eberly (HETDEX), mesure la faible lumière des galaxies jusqu'à 11 milliards d'années-lumière, ce qui permettra aux chercheurs de voir tout changement dans l'accélération de l'univers au fil du temps. Ils étudieront également les échos des perturbations dans l'univers vieux de 400 000 ans, créé dans la soupe dense de particules qui a tout constitué juste après le Big Bang. Cela aussi révélera les mystères de l'expansion et expliquera l'énergie sombre qui l'a conduite.
