Les premières étoiles de l'univers sont-elles invisibles?
Pourquoi ne suffit-il pas de dire «que la lumière soit»
Observez la beauté de la vie. Regardez les étoiles et comment vous courez avec elles.
- Marc Aurèle
Imaginez le ciel nocturne que vous connaissez. Loin des villes par une nuit sans lune, dans les endroits les plus sombres que vous avez vus. Comme si vous vous étaliez sur l'herbe et regardiez le ciel. Vous regardez, l'air est frais et le ciel est clair: aucun nuage n'est visible.Que verrez-vous?
Planètes, étoiles, lumineuses et sombres, et même la Voie lactée. Mais la chose la plus étonnante dans le ciel nocturne n'est peut-être pas la présence de quelques lumières dispersées, mais le fait que le ciel soit sombre dans presque toutes les directions.Si vous y réfléchissez, alors ce qui se passe n'a que peu de sens.
S'il y avait de très, très nombreuses étoiles dans l'Univers - des sources de lumière dans toutes les directions - on pourrait s'attendre à ce que partout où vous regardez, votre ligne de vue rencontre une étoile.Et si c'est le cas, vous ne remarquerez aucune obscurité. Chaque point serait rempli de lumière, quelle que soit la distance de cette étoile, galaxie ou autre source de lumière.
Ce fut l'un des plus grands paradoxes du XIXe siècle: le paradoxe des Olbers, qui montrait que l'idée d'un univers infini rempli d'un nombre infini d'étoiles placées dans le cosmos était incompatible avec l'obscurité du ciel nocturne.La solution à ce paradoxe, bien sûr, est que lorsque nous regardons les parties éloignées de l'Univers, nous regardons le passé. Puisque l'Univers existait dans un état précoce chaud, dense et plus uniforme, il y a eu un moment avant qu'il n'y ait pas d'étoiles dans l'Univers, car la gravité a pris du temps pour collecter d'abord le gaz d'origine en étoiles. Si vous regardez une distance suffisamment grande, aucune étoile ne sera visible.
Après le Big Bang, l'Univers était chaud, dense et homogène, et il s'est également étendu et refroidi. À l'âge de 380 000 ans, il s'était suffisamment refroidi pour que des atomes neutres se forment pour la première fois. Mais pour voir quelque chose, il y a deux obstacles:1. Il n'y a rien à regarder avant de créer des sources lumineuses.2. Et même après cela, l'univers doit devenir transparent.Et bien que ces deux problèmes - la formation des premières étoiles et l'acquisition de la transparence de l'univers - soient généralement combinés sous le nom de "siècles sombres", ce sont deux problèmes distincts que l'univers doit résoudre.
Tout d'abord, avant la formation des premières étoiles, vous n'avez tout simplement rien à regarder. Et bien que l'Univers était initialement presque homogène, il y avait de petites imperfections, par exemple, des zones dans lesquelles la matière était légèrement supérieure à la moyenne. Au fil du temps, la gravité a attiré de plus en plus de matière dans des zones de densité accrue et elles se sont transformées en morceaux de matière.Après des dizaines de milliards d'années, ces grumeaux se sont suffisamment développés pour commencer à s'effondrer sous leur propre poids. Et lorsque les noyaux de ces amas d'atomes et de molécules sont suffisamment compactés, le processus de synthèse nucléaire - brûler de l'hydrogène et le transformer en hélium - commence enfin!
Ces lieux de fusion nucléaire deviennent les noyaux des toutes premières étoiles de l'Univers, brûlant de façon éclatante et émettant la première lumière visible d'une des premières périodes du Big Bang.Cela se produit seulement 50 millions d'années après la naissance de l'univers, ce qui semble être un écart très court pour les étoiles. Mais il y a un problème: aucune de ces étoiles n'est visible pour nous!
Bien sûr, ces étoiles émettent de la lumière, tout comme les étoiles derrière la «nébuleuse sombre» ci-dessus, Barnard 68. Elle a l'air si sombre car elle bloque la lumière des étoiles. Pourquoi? Parce que les atomes et les molécules qui y existent sont d'une taille telle qu'ils peuvent absorber la lumière visible.Bien que les atomes individuels aient certaines transitions auxquelles ils peuvent absorber la lumière, étant liés dans des configurations astucieuses, ils sont capables de bloquer tout le spectre de la lumière visible. C'est une telle opacité qui s'est formée dans l'Univers lors de l'apparition des premières étoiles: la lumière s'est créée, mais elle n'a pas pu atteindre nos yeux.Et on fait quoi?
Nous devons ioniser ces atomes. Plus précisément, réionisez, car avant ils étaient déjà ionisés: avant de devenir neutres.Mais ce n'est pas un processus rapide: il faut que des milliards de milliards d'étoiles apparaissent, émettent un rayonnement ultraviolet ionisant et entrent en collision avec plus de 99% des atomes neutres de l'univers. C'est un processus graduel, et il faut environ 550 millions d'années pour l'achever!Jusqu'à récemment, on pensait que la réionisation - la dernière phase du processus d'obtention de l'univers de transparence - s'était produite 450 millions d'années après le Big Bang, mais ce facteur supplémentaire de 100 millions d'années a été déterminé par des observations récentes du satellite Planck.Mais cela ne signifie pas que les premières étoiles de l'Univers se sont formées 100 millions d'années plus tard que nous le pensions - comme certains auteurs l'imaginent.
Cela signifie que les toutes premières étoiles se sont formées beaucoup plus tôt que nous ne pouvions les voir, et qu'il y en avait peu - et elles n'ont pas brûlé assez longtemps et n'étaient pas assez chaudes - pour réioniser l'Univers et le rendre transparent plus de 100 millions d'années plus tard .
Il ne suffit pas de dire «que la lumière soit» pour voir les premières étoiles: cette lumière doit pouvoir se déplacer librement dans l'espace!Ils ne peuvent pas être vus dans le spectre visible. Peu importe la qualité du télescope pour eux. Hubble, combien de temps il scrute ces parties du ciel, il ne regardera jamais aussi loin pour voir les premières étoiles, car l'Univers était alors opaque à la lumière visible.Mais il y a de l'espoir, et le télescope spatial James Webb aura le potentiel de faire de ce rêve une réalité.
Lorsqu'elles sont vues dans des vagues plus longues, ces structures poussiéreuses d'atomes et de molécules peuvent leur être transparentes. Et même si Hubble ne voit pas ces étoiles, James Webb, regardant dans l'infrarouge (et plutôt loin), peut regarder dans le passé jusqu'au moment où l'Univers était opaque à la lumière visible.En d'autres termes, en quelques années, nous pourrons peut-être étudier les toutes premières étoiles de l'Univers, et pas seulement ce qui s'est passé des centaines de millions d'années plus tard, lorsque l'Univers est devenu transparent à la lumière visible. Jusqu'à présent, les premières étoiles de l'Univers peuvent être invisibles, mais le problème réside dans nos yeux, et non dans la lumière!Source: https://habr.com/ru/post/fr397715/
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