Quand la première lumière est-elle apparue dans l'univers?

La vitesse de la lumière nous donne un outil incroyable pour étudier l'univers. Alors que la lumière se déplace à une vitesse d'environ 300 000 km / s seulement, en regardant des objets éloignés, nous regardons en arrière.

On ne voit pas directement le soleil, mais le soleil d'il y a 8 minutes. Nous voyons Betelgeuse il y a 642 ans. Andromède il y a 2,5 millions d'années. Et ainsi vous pouvez continuer plus loin, en regardant plus loin dans l'espace et plus profondément dans le passé. Au fur et à mesure que l'univers se dilate, les objets éloignés étaient plus proches.

Si vous démarrez l'horloge dans la direction opposée et l'amenez au début, vous arriverez à un endroit plus chaud et plus dense que l'univers d'aujourd'hui. Il était si dense que l'Univers entier immédiatement après le Big Bang était une soupe de protons, de neutrons et d'électrons, que rien ne retenait.



Après s'être légèrement dilaté et refroidi, sa densité et sa température ont commencé à ressembler à ce qui se passe au centre d'une étoile comme notre Soleil. Il est devenu suffisamment froid pour que des atomes d'hydrogène ionisés apparaissent.

Étant donné que les conditions dans l'Univers correspondaient à ce qui se passe dans le cœur de l'étoile, la température et la pression étaient suffisantes pour synthétiser l'hélium et d'autres éléments plus lourds à partir de l'hydrogène. Sur la base des proportions de la présence d'éléments dans l'Univers aujourd'hui: 74% d'hydrogène, 25% d'hélium et 1% de toutes sortes de choses différentes, nous savons depuis combien de temps l'Univers est dans cet état «stellaire».

Cela a duré environ 17 minutes. De 3 minutes se sont écoulées depuis le Big Bang à 20 minutes se sont écoulées depuis ce moment. Et à ces moments-là, les clowns ramassaient tellement d'hélium qu'ils devraient durer toute une vie à poursuivre des gens à l'aide d'animaux tordus par des balles.

Le processus de synthèse crée des photons gamma. Au cœur du Soleil, ces photons sautent d'atome en atome, éclatent du cœur vers l'extérieur, à travers la zone d'émission du Soleil, et finissent par s'envoler dans l'espace. Ce processus peut prendre des dizaines de milliers d'années. Mais au début de l'Univers, ces photons gamma initiaux n'avaient nulle part où aller. Partout était un univers chaud et dense.

L'univers a continué de se développer et, en conséquence, quelques centaines de milliers d'années après le Big Bang, il s'est suffisamment refroidi pour que ces atomes d'hydrogène et d'hélium commencent à attirer des électrons libres et à se transformer en atomes neutres.



C'était le moment où la première lumière est apparue dans l'Univers, entre 240 000 et 300 000 ans après le Big Bang, connu comme l'ère de la recombinaison. Pour la première fois, les photons pouvaient se reposer un peu, étant attachés aux atomes par des électrons. À ce moment, l'Univers est passé d'opaque à transparent.

Il s'agit de la première lumière, en principe, accessible aux astronomes pour l'observation. Disons en chœur: rayonnement de fond micro-ondes cosmique [ou rayonnement relique - env. trad.]. Depuis que l'Univers se développe depuis 13,8 milliards d'années, les tout premiers photons ont été étirés, ayant subi un décalage vers le rouge et, ayant passé la partie ultraviolette et visible, sont passés dans la partie micro-ondes du spectre.

Si nous pouvions voir l'Univers avec des yeux micro-ondes, ce premier éclat de rayonnement serait visible dans toutes les directions. L'univers célèbre son existence.

Après le premier éclat de lumière, tout était sombre, il n'y avait pas d'étoiles et de galaxies, seulement un grand nombre d'éléments originaux. Au début des siècles sombres, la température de l'Univers entier était d'environ 4000 K. Comparez cela avec le chiffre actuel de 2,7 K. À la fin des siècles sombres, 150 millions d'années plus tard, la température est tombée à une température plus raisonnable de 60 K.



Au cours des 850 millions d'années suivantes, ces éléments se sont rassemblés en d'énormes étoiles d'hydrogène pur et d'hélium. Sans éléments plus lourds, les étoiles pourraient se former, des dizaines voire des centaines de fois plus grandes que notre Soleil en masse. Il s'agit de la population stellaire III, les premières étoiles pour l'observation dont nous n'avons pas encore suffisamment de télescopes puissants. Les astronomes suggèrent qu'ils se sont formés environ 560 millions d'années après le Big Bang.

Puis les premières étoiles ont explosé comme des supernovae, des étoiles plus massives se sont formées et ont également explosé. Il est très difficile d'imaginer à quoi tout cela ressemblait lorsque les étoiles explosaient comme des feux d'artifice. Mais nous savons que ces événements étaient si fréquents et si puissants qu'ils ont illuminé l'univers entier à l'ère de la réionisation. La majeure partie de l'univers était occupée par du plasma chaud.



L'univers primitif était chaud et terrible, et il n'avait pas assez d'éléments lourds sur lesquels repose la vie que nous connaissons. L'oxygène ne peut être obtenu sans synthèse dans une étoile, même sur plusieurs générations d'étoiles. Notre système solaire est né de plusieurs générations de supernovae, explosant et semant notre espace avec des éléments de plus en plus lourds.

J'ai déjà mentionné que l'Univers refroidissait de 4000 K à 60 K. Mais après environ 10 millions d'années à partir du moment du Big Bang, la température de l'Univers était encore d'environ 100 C, c'est-à-dire le point d'ébullition de l'eau. Et après encore 7 millions d'années, il a refroidi à 0 C, la température de congélation de l'eau.

Ce qui a conduit les astronomes à l'idée que pendant environ 7 millions d'années, de l'eau liquide pouvait être trouvée partout dans l'univers. Et sur Terre, partout où nous trouvons de l'eau liquide, la vie s'y retrouve également.



Il est possible que la vie primitive se soit formée alors que l'univers n'avait que 10 millions d'années. Le physicien Avi Loeb appelle cette fois l'ère de l'Univers habité. Il n'y a aucune preuve de cette possibilité, mais l'idée est très cool.

Je suis toujours frappé par la pensée qu'il y a autour de nous dans n'importe quelle direction la première lumière émise par l'Univers. Il lui a fallu 13,8 milliards d'années pour nous atteindre, et bien que nous ayons besoin d'yeux à micro-ondes pour l'observer, il existe et est omniprésent.

Source: https://habr.com/ru/post/fr399207/