L’origine de la matière dans l’Univers

Notre Galaxie

Le Soleil est une étoile plutôt classique. Elle est assez similaire à la plupart des autres étoiles que l’on peut voir dans le ciel mais comme elle est beaucoup plus proche, on la voit beaucoup plus grande… et aussi beaucoup plus lumineuse.

Toutes les autres étoiles que l’on peut observer dans le ciel font partie d’un grand ensemble qu’on appelle une galaxie. Notre galaxie s’appelle la Voie lactée et contient environ 300 milliards d’étoiles. On peut l’observer dans le ciel mais comme nous nous situons à peu près sur son bord, elle apparaît comme une bande blanchâtre.

© Lucianodaniel 01, CC BY-SA 4.0 Deed

Formation de l’Univers

D’autres galaxies sont visibles dans le ciel. Elles sont extrêmement éloignées de nous : la plus proche se trouve à 2,55 années-lumière ! C’est la galaxie d’Andromède.

© Adam Evans, CC BY 2.0 Deed

Lorsqu’on mesure la vitesse de ces galaxies, on constate qu’elles s’éloignent toutes de nous, et plus précisément qu’elles s’éloignent d’autant plus vite qu’elles sont éloignées. Ce constat a été fait par Georges Lemaître et Edwin Hubble à la fin des années 1920. Par la suite, la théorie de la relativité générale d’Einstein a permis d’interpréter ce résultat comme étant dû à l’expansion de notre Univers.

Si notre Univers est en expansion, on peut en déduire qu’il était plus dense et plus chaud dans le passé et qu’il s’est dilaté rapidement il y a environ 13,8 milliards d’années. C’est ce qu’on appelle le modèle du Big Bang.

Origine de la matière

Dans les premiers instants après le Big Bang, la température est tellement élevée (plusieurs milliards de milliards de degrés) que les neutrons, protons et électrons ne peuvent pas s’assembler pour former des atomes.

Après quelques dizaines de secondes, l’Univers s’est étendu et sa température n’est plus que d’un milliard de degrés environ. Pendant quelques minutes, les premiers noyaux d’atomes se forment. Il s’agit principalement des noyaux les plus petits l’hydrogène (92 %), l’hélium (8 %) et quelques traces de lithium.

Après 380 000 ans, la température de l’Univers n’est plus que de quelques milliers de degrés et les électrons se combinent aux noyaux pour former les atomes.

Il faut attendre ensuite quelques centaines de millions d’années pour qu’apparaissent les premières étoiles (et galaxies). Des réactions nucléaires se produisent au cœur de ces étoiles et créent de nouveaux éléments plus lourds : carbone, oxygène, azote, etc. jusqu’au fer. Ces éléments sont ensuite dispersés dans l’espace lors de l’explosion des étoiles et vont pouvoir former de nouvelles étoiles, planètes, etc.

La nébuleuse du Crabe est le résultat de l’explosion d’une étoile…
© NASA, ESA, CSA, STScI, T. Temim (Princeton University), CC BY 4.0 Deed

Les éléments plus lourds que le fer sont produits lors d’évènements ultra violents comme la fusion d’étoiles à neutrons par exemple.