L'Univers est tout ce que nous sommes. L'Univers contient tout. L'Univers est-il le seul univers ? L'Univers est quelque chose qui passionne depuis toujours les scientifiques. Au début, on croyait qu'il se limitait au Système Solaire. Après, suite à la découverte des étoiles et de ce qu'était la galaxie, on pensait que l'Univers se limitait à la Voie Lactée uniquement. C'est après la découverte des autres galaxies, que l'on considérait comme des nuages de gaz auparavant, que l'Univers a pris des dimensions extravagantes à nos yeux. Il est passé d'une seule galaxie d'une taille de 100 000 années-lumière à des milliers de milliards d'autres galaxies, en un seul instant, en une seule découverte. Mais cela soulève une grande question : comment un berceau aussi grand, aussi gigantesque, aussi majestueux, s'est-il formé ?
L'Univers s'est formé suite à la succession d'étapes chacune décisive, à son échelle. Nous allons voir ensemble que les étoiles y ont joué un grand rôle.
Débutons notre aventure spatio-temporelle à travers l'Univers, en passant de l'infiniment petit à l'infiniment grand, à partir de l'émission du fond diffus cosmologique, soit environ 380 000 ans après sa naissance, le Big Bang.
Les photons, particules de lumière, ne pouvaient pas jusqu'alors se libérer de l'emprise des particules subatomiques de l'Univers en raison de l'énergie de ces dernières et donc de leur incroyable vitesse, due à la température extrême. Mais notre bébé Univers se refroidit continuellement, jusqu'à ce que les photons puissent se libérer (donnant le fond diffus cosmologique). L'Univers n'était qu'une soupe, un brouillard, de particules et d'atomes neutres. Suite à cela, il devint presque entièrement transparent. C'est le début des Âges sombres, phase que l'on appelle de cette façon puisque aucune source de lumière ne pouvait l'éclairer différemment que par le noir absolu après que le fond diffus n'eut plus suffisamment d'énergie pour être visible. Cette période dura plusieurs centaines de millions d'années.
Puis, les atomes d'ores et déjà présents se sont "rejoints" en structure, amas, via l'attraction gravitationnelle (grâce, en théorie, à des grumeaux de matière noire) pour finalement devenir de plus en plus attractifs au fur et à mesure qu'ils grandissaient. Ils vont devenir des "halos" de matière noire et de matière baryonique (matière normale). Ces amas acquièrent de la densité, et donc de la température. Au bout d'un certain temps, cette température est tellement intense qu'elle finira par permettre la fusion thermonucléaire des noyaux d'hydrogène en noyaux d'hélium (processus appelé : la chaîne proton-proton). Cela signe la naissance de la première génération d'étoiles de l'Histoire de l'Univers. Ces étoiles émettent de la lumière, c'est donc la fin des Âges sombres.
Les seuls et uniques éléments de l'Univers à ce stade de son existence ne sont que l'hydrogène et l'hélium (à 99%). La très forte température engendrée par la fusion thermonucléaire au cœur des étoiles va permettre la nucléosynthèse stellaire, c'est-à-dire la fusion des noyaux d'hélium en noyaux de carbone, puis d'oxygène... Les autres éléments plus lourds que le fer se forment principalement durant la mort des étoiles.
Ces étoiles primitives sont de véritables monstres cosmiques, le Soleil en comparaison n'est qu'une balle de ping-pong. Le problème avec ces monstres est que plus une étoile est grande, plus sa quantité de carburant (l'hydrogène) s'épuise vite. Leur durée de vie est alors insignifiante en comparaison des 10 milliards d'années du Soleil (au total). Ces étoiles meurent alors très vite en une spectaculaire explosion : une supernova. Mais les étoiles ayant une masse entre 140 et 260 fois la masse du Soleil ne meurent pas en supernova classique, mais en une supernova par production de paires. Elles peuvent durer plusieurs mois et sont si violentes qu'elles ne laissent rien derrière elles, complètement vaporisées. Les étoiles encore plus massives, de type Wolf-Rayet, sont tellement lourdes que leur cœur se transforme lui-même en trou noir sans passer par une quelconque explosion, trou noir qui peut ainsi dévorer l'étoile de l'intérieur.
Les éléments lourds créés dans leur cœur sont ainsi libérés via leur supernova, et cet événement, si violent, permet, très rapidement, la création de nouveaux atomes encore plus lourds que le fer. Le rythme de leur explosion permet ainsi à l'Univers de se remplir d'éléments lourds (or, plomb, titane, uranium...) en quelques millions d'années, permettant par la suite à une nouvelle génération d'étoiles de se former. Chaque génération est composée de plus d'éléments lourds que la précédente. C'est le cycle de la vie des étoiles.
Le fait surprenant est que nous sommes tous composés d'éléments lourds créés dans le cœur des étoiles ! Ces éléments se sont répandus dans l'Univers et dans le temps, en passant par nous. Nous sommes de la poussière d'étoiles.
La réionisation :
Avant la première génération d'étoiles, tous les atomes de l'Univers étaient électriquement neutres. Mais les étoiles sont tellement monstrueuses qu'elles engendrent des rayons lumineux très intenses dans le domaine des ultraviolets (les rayons UV). Ces rayonnements ont pour particularité d'arracher des électrons à des atomes, et comme on l'a vu au collège, lorsque l'on arrache des électrons à des atomes, ceux-ci deviennent des ions. D'où le nom de "réionisation", phase commençant à la fin des Âges sombres, et qui se termine quand l'intégralité du gaz dans l'Univers est ionisé, soit vers 1 milliard d'années après sa naissance.
L'Univers en chiffres :
En 13,8 milliards d'années d'existence, l'Univers a amplement eu le temps de grandir. Le problème est qu'il est tellement grand que nous ne pouvons pas l'observer en totalité car ses "frontières" (en supposant qu'elles existent) sont si lointaines que la lumière y provenant ne nous a pas encore atteints. On estime ainsi que nous ne pouvons pas voir l'Univers dans un rayon de plus de 46 milliards d'années-lumière, soit approximativement 93 milliards d'années-lumière de diamètre (880 Ym). C'est ce que l'on appelle l'Univers observable, depuis la Terre. Nous sommes au centre de notre univers observable. Cela dit, ceci ne signifie pas que nous sommes au centre de l'Univers dans sa globalité, mais cela veut dire que chaque objet dans l'Univers est au centre de son propre Univers observable.
On pourrait aisément penser que l'Univers ne pourrait pas être d'un rayon supérieur à 13,8 milliards d'années, c'est logique, car c'est son âge, mais compte tenu du fait qu'il grandit de façon accélérée, la lumière émise par les objets les plus lointains que nous pouvons observer ne peut pas avoir voyagé plus de 13,8 milliards d'années, mais pendant ce temps-là, l'Univers s'est agrandi, donc cette lumière provient d'encore plus loin en réalité. À titre d'exemple, imaginez deux objets dessinés sur un ballon de baudruche très peu gonflé. Ces deux objets ont l'air très proches l'un de l'autre, cependant, si vous gonflez le ballon, le tissu va s'étendre, la distance entre les deux objets va s'agrandir. C'est à peu près la même chose avec la lumière. L'objet le plus lointain possible, à 13.8 milliards d'années-lumières, aura émis de la lumière il y a 13.8 milliards d'années, mais pendant tout ce temps, il se sera éloigné jusqu'à une distance d'environ 46 milliards d'années-lumières.
Sur cette image, on a au centre notre système solaire, autour les galaxies que nous pouvons techniquement observées, puis enfin le fond diffus cosmologique à l'extrémité du cercle. Il s'agit d'un cercle dans cette représentation car partout où nous regardons, peu importe la direction, nous voyons les choses à la même distance.
Maintenant que nous avons parlé de sa taille, parlons du nombre approximatif de galaxies contenues dans l'Univers que les scientifiques ont estimé : plusieurs milliers de milliards de galaxies ! Chacune contenant des milliards d'étoiles et de planètes ! Impossible à imaginer tellement c'est énorme, de quoi donner le tournis.
Conclusion :
Pour conclure, l'Univers était au début de son existence une soupe très chaude de particules subatomiques, le tout ressemblant de l'extérieur à un brouillard orangé. Les photons, particules de lumière, purent se libérer de l'emprise des particules subatomiques qui bloquaient leur passage. Cette libération des photons donna le fond diffus cosmologique (que l'on peut encore observer aujourd'hui), la première émission de lumière de l'Univers. Par la suite, le cosmos fut transparent en raison de la perte d'énergie du fond diffus, de façon à ce qu'il ne soit plus observable à l'œil nu. C'est les Âges sombres. Par la suite, l'agglomération de matière noire créa des genres de puits gravitationnels attirant de la matière baryonique. La forte densité engendra de fortes températures, suffisantes pour engendrer la fusion thermonucléaire des noyaux d'hydrogène en hélium. C'est la naissance de la première génération d'étoiles, contribuant à la réionisation, phase de la vie de l'Univers qui débuta en même temps que la première génération d'étoiles. Et enfin, les galaxies se sont formées, les planètes aussi, comme la Terre, et vous connaissez la suite.