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Dernières nouvelles du cosmos

avec Jean Audouze, astrophysicien, directeur de recherche émérite au CNRS
Au cours de cette émission, Jean Audouze nous livre les dernières nouvelles du cosmos. Il revient sur l’origine de l’énergie des étoiles, les trois piliers chaque jour un peu plus renforcés de la théorie du Big Bang, les spéculations autour de la théorie des cordes au delà du Mur de Planck, et la possible vie extraterrestre.


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Référence : ecl691
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Adresse de cet article : https://www.canalacademie.com/ida6769-Dernieres-nouvelles-du-cosmos.html
Date de mise en ligne : 11 avril 2011


« Les étoiles jouent un rôle crucial en fournissant de l’énergie à leur environnement, planètes et milieu interstellaire et en synthétisant de nombreux éléments chimiques qui n’étaient pas présents à l’origine du Big Bang. Sans étoiles, il n’y aurait pas de vie, et pas d’intelligence pour percer les mystères de l’univers » écrit Jean-Paul Zahn dans Le ciel à découvert, ouvrage sous la direction de Jean Audouze.

Jean Audouze poursuit en ce sens au cours de l’émission : « Une étoile brille parce qu’elle est une usine à fabriquer des éléments chimiques. Si nous sommes là, c’est parce que nos atomes ont été manufacturés par des étoiles de très grandes masses, qui ont eu le temps d’évoluer, avant la formation du soleil. Nous avons la chance d’être des morceaux d’étoiles très massives. Et nous tournons autour du soleil, une étoile de petite masse qui est stable depuis des temps très longs ».

Image du Soleil prise avec l'instrument EIT à bord du satellite SOHO de l'ESA-NASA. On peut voir en bas à gauche une protubérnace solaire.
Image du Soleil prise avec l’instrument EIT à bord du satellite SOHO de l’ESA-NASA. On peut voir en bas à gauche une protubérnace solaire.
© EIT-SOHO. ESA. NASA.

La transformation de l’hydrogène en hélium détermine la grande et longue luminosité du soleil ; un astre qui en est à la moitié de sa vie mais qui a encore 5 milliards d’années devant lui… ! Les températures sont telles (15 millions de degrés) que la synthèse des éléments ne se limite pas seulement à la transformation de l’hydrogène en hélium. L’hélium devient carbone, puis magnésium silicium pour terminer au pic du fer, élément chimique le plus stable et plus difficile à transformer. Enfin, des réactions secondaires qui impliquent des neutrons sont nécessaires pour fabriquer tous les éléments lourds au delà du fer, comme l’or et l’argent.
Au passage, Jean Audouze nous fait remarquer que « si l’univers avait une durée de vie infinie, tout l’hydrogène, élément le plus abondant, se serait transformé en fer. Or il n’en est rien. Cela signifie que malgré les 13,7 milliards d’années d’âge de l’univers, nous sommes assez jeune au regard de la nucléosynthèse ».
La nucléosynthèse, le mot barbare est lâché ! Il s’agit de la transformation et la synthèse des différents éléments chimiques à partir de l’hydrogène primordial. Les toutes premières étoiles de l’univers ont étés formées avec les seuls éléments chimiques de la nucléosynthèse primitive qui s’est produite une seconde après le Big Bang.

« Une seconde après le Big Bang et pendant 300 secondes, la température tombe à un milliard de degrés ; une période pendant laquelle les réactions chimiques s’enchaînent : l’hydrogène primordial se transforme en deutérium, en hélium 3, hélium 4, et une faible quantité de lithium 7 (une trace).
Aujourd’hui, on considère qu’il y a dans l’univers 70% d’énergie primordiale, sans support matériel, 3% de matière nucléaire et 27% de matière noire (particules qui n’interagissent pas avec la matière ordinaire) »
.

Les trois piliers de la théorie du Big Bang

La présence du deutérium dans l’univers penche largement en faveur de la théorie du Big Bang, « une théorie qui repose sur trois piliers » comme nous l’explique Jean Audouze.

- L’expansion de l’univers et la fuite des galaxies, comme l’envisageait Hubble en 1929. Lorsque l’univers obtint une température de l’ordre de 10 000 kelvins et plus, l’hydrogène fut ionisé. Or, si vous portez le gaz hydrogène à une température supérieure à 10 000 K, les électrons et les protons deviennent libres et le gaz acquiert la capacité d’absorber la lumière. « L’univers devient invisible parce que le gaz hydrogène devient un plasma parfait. Lorsque la température est inférieure à 10 000 K, on observe une transition de phase, le gaz devient transparent car les électrons se mettent de nouveau à tourner autour des protons et forment l’atome d’hydrogène. Les électrons ne sont alors plus capables d’absorber les photons et l’univers devient visible. Cette transition entre gaz plasma et transparent s’appelle la période de recombinaison ».
C’est ce qu’on pu observer les sondes COBE, Wmap et ce qu’observe actuellement Planck.

Schéma de l'expansion de l'univers
Schéma de l’expansion de l’univers
© NASA Wmap

- Le rayonnement fossile de l’univers. L’univers baigne dans un rayonnement énorme, à 2,7 K, « un rayonnement micrométrique comme celui de votre four à microondes » précise l’astrophysicien. Rapidement, on découvre des irrégularités dans ces rayonnements, par la présence d’une matière. Ces irrégularités sont perçues dès 1992 et 2001. On devrait percer leur secret en 2012-2013 grâce à la mission Planck [1].

- La nucléosynthèse primordiale qui limite la teneur en matière ordinaire.

L’univers est-il fini ?

Voyager toujours plus loin dans l’univers, c’est remonter dans le temps. S’il existe un Big Bang, un instant 0, est-ce à dire que l’univers est fini ? Pour le savoir, il faut déjà pouvoir aller au-delà de la recombinaison, c’est-à-dire traverser le gaz plasma qui rend l’univers invisible. « Nous avons deux sondes pour aller au-delà de cette recombinaison avec la physique nucléaire qui vous décrit l’univers entre 1 et 300 secondes et puis la physique des particules. Grâce à cette dernière, on sait que les noyaux sont faits d’atomes qui sont faits de particules, qui sont constituées de quarks.
On se rapproche ainsi d’un horizon quantique, qu’on appelle l’horizon Planck en deçà duquel on ne peut rien dire parce qu’on applique le principe d’incertitude d’Heisenberg [2] »
.

Explication : Si on connait précisément l’énergie d’un système, on ne connaît pas en revanche précisément le temps qu’il a fallu pour que cette énergie se transmette d’un état à un autre. C’est ce qu’on appelle le principe d’incertitude. Il y a un temps qu’on appelle « le mur de Planck » de l’ordre de 10 -43 secondes. On sait qu’il existe, mais pourra-t-il un jour être traversé ? La question reste posée.
« Des collègues travaillent sur la théorie des cordes cosmiques. Le principe est le suivant : On remplace les particules supposées initialement être de petits points matériels par des systèmes à 10,11, 21 dimensions qui forment des sortes de petits élastiques très modestes. Cette théorie des cordes peut se généraliser en une théorie des branes [3]. Au lieu d’avoir de petits élastiques qui se ferment les uns sur les autres, vous avez des grandes surfaces très énergétiques, dans des dimensions que nous ne manipulons pas ordinairement. Certains pensent que c’est le choc de deux de deux branes qui auraient pu déclencher le Big Bang. C’est un scénario mais il ne pourra pas être prouvé expérimentalement ». Nous vivons dans une bulle de 13,7 milliards d’années lumière d’extension. Cette bulle est-elle unique ou existe-t-il d’autres bulles ? Malheureusement, nous n’aurons pas la réponse à cette question.

La vie extraterrestre : trouverons-nous ce que l’on cherche ?

Dans Merveilleux cosmos de Jean Audouze, Jean-Claude Carrière écrit : « Que d’autres formes de vie existent, probable. Que cette vie soit intelligente et organisée, possible ». Depuis les années 1960, l’homme cherche des preuves de la vie extraterrestre.

Vue d'artiste de la sonde Rosetta larguant l'atterrisseur Philæ sur le noyau de la comète Churyumov Gerasimenko.
Vue d’artiste de la sonde Rosetta larguant l’atterrisseur Philæ sur le noyau de la comète Churyumov Gerasimenko.
© ESA.

« Notre premier progrès dans cette direction a été la découverte des exoplanète en 1995 par Michel Mayor (correspondant de l’académie des sciences). Nous avons non seulement découvert des planètes isolées, mais aussi six systèmes planétaires qui tournent autour d’étoiles. Nous sommes aussi à la recherche de traces de vie dans notre système solaire. En 2014, grâce à la sonde spatiale européenne Rosetta, nous pourrons observer la présence ou non d’éléments biologique sur le noyau d’une comète. Dans les années 2020-2030, il est prévu d’envoyer une sonde sur le satellite de Jupiter Europe. On pense que sous sa croûte de glace, on pourrait peut-être prélever de potentielles bactéries dans cet océan sous-terrain. Nous attendons aussi le retour d’échantillons de Mars ».

Enfin, les observations se tournent également sur les exoplanètes. Les sondes Gaïa et Darwin vont analyser la présence de planètes similaires à la nôtre, tournant autour d’étoiles à bonne la distance, cherchant la présence de l’eau et de l’ozone dans l’atmosphère de ces planètes. « Pour ce qui est de découvrir des « intelligences » je pense qu’on en est très loin » s’amuse Jean Audouze. « Vu le nombre d’étoiles, il serait surprenant que nous soyons seuls dans l’univers mais nos « collègues » sont à des distances telles (les étoiles les plus proches sont à 5 années lumières de nous) que même si nous envoyions un signal, il prendrait minimum 10 ans pour revenir à nous ».

Ecoutez les explications détaillées de Jean Audouze qui revient également au cours de cette émissions sur les recherches consacrées à la matière sombre et sur l’avenir des vols habités dans les cinquante prochaines années.

Jean Audouze est astrophysicien, directeur de recherche émérite au CNRS à l’Institut d’astrophysique de Paris et à l’université Pierre et Marie Curie, ancien directeur du palais de la Découverte, président de la commission nationale française pour l’Unesco.

En savoir plus :

- Sous la direction de Jean Audouze, Le ciel à découvert, éditions du CNRS, 2010
- Jean Audouze, Erik Orsenna et Jean-Claude Carrière, Merveilleux cosmos, éditions du CNRS, 2010
- Jean Audouze, Thierry Magnin, L’univers a-t-il un sens, éditions Salvator, 2010

[1] Parti en 2009, Planck publie une cartographie complète du ciel tous les 6 mois pour nous donner à voir l’univers tel qu’il était 370 000 ans avant le Big Bang

[2] Le principe d’incertitude fut énoncé au printemps 1927 par Heisenberg lors des balbutiements de la mécanique quantique.

[3] Une brane, ou plus exactement, une p-brane est un objet étendu en théorie des cordes. Le p est le nombre de dimensions spatiales dans laquelle la brane a des extensions. Il faut rajouter à ce nombre une dimension temporelle pour obtenir le nombre total de dimensions. Par exemple, une 1-brane est une brane à une seule dimension spatiale mais deux dimensions au total. Elles correspondent donc à des surfaces d’univers. Une 2-brane est une brane à une dimension temporelle et deux dimensions spatiales.






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