Est-ce que quelqu'un pourrait m'expliquer de façon simple (niveau master 1 biologie) la nucléosynthèse primordiale, en particulier le passage de l'univers opaque à l'univers transparent svp?
Et j'aimerais aussi savoir ce qu'est la dégénérescence de électrons?
Merci pour vos réponses!!!
Claire
Envoyé par branquinha123456789
Nucléosynthèse primordiale et passage à l'univers optiquement transparent, ce sont 2 moments bien distincts, mais qui appartiennent à la même classe fondamentale des découplages.
Considères 2 états : un état lié et un état libre. Les deux états sont séparés d'un delta énergétique E, l'état lié étant le moins énergétique, c'est à dire qu'en se formant il libère de l'énergie et que si on lui en amène, il redevient libre.
Pour la nucléosynthèse primordiale :
état libre : proton libres p+p+...
état lié : noyau de deutérium D
L'écart énergétique entre l'état libre p + p et l'état lié D est de l'ordre de 1 MeV.
Pour découplage électromagnétique :
état libre : proton + électron (état ionisé)
état lié : atome d'hydrogène H (état neutre)
A l'état neutre, la matière devient optiquement transparente (ce qui est juste l'autre manière de dire qu'elle est découplée du rayonnement).
Ecart énergétique : ~ 10 eV
Le ratio énergétique entre les deux découplages est donc de l'ordre de 105.
A part ça, le mécanisme fondamental est le même : on considère au départ l'univers emplit d'un rayonnement en équilibre thermique avec la matière. Quand il y a couplage rayonnement-matière les deux état liés et libre sont à l'équilibre. A l'équilibre, dès que l'état lié se forme, il existe des photons d'énergie suffisante pour lui fournir le deltaE nécessaire pour revenir à l'état libre.
Le découplage se produit dès lors que l'énergie moyenne des photons Er = h.nu devient inférieure au delta E existant entre les deux états. Alors, il n'existe plus de photons capables de briser l'état lié et comme c'est l'état le plus probable, puisque le moins énergétique, la matière se fige dans cet état : on a un changement de phase.
L'énergie du rayonnement de l'univers est inversement proportionnelle à la puissance quatrième du facteur d'échelle a (la "taille" de l'univers). Cette énergie moyenne est directement proportionnelle à la température.
Er ~ T ~ a-4
En partant de l'énergie actuelle du rayonnement fossile de l'univers T ~ 2,71 K on peut calculer très facilement de combien il faut réduire le facteur d'échelle pour arriver au premier découplage (
Er ~ 10 eV) puis au second (Er ~ 1 MeV), et en reliant ce ratio à une équation dynamique, on a le temps cosmique de ces découplage. Pour le premier (nucléosynthèse primordiale) on a une temps caractéristique de 460 s et pour le second de 400 000 ans environ.
a+
Parcours Etranges
juste un correctif : dans l'état "libre" nucléaire, faut rajouter les neutrons
Parcours Etranges
Salut
L'énergie de l'univers (L'univers étant dominé par le rayonnement à cette époque elle décroît en raison inverse de la racine carrée du temps) agé d'une seconde était de 1 MeV environ , ce qui est de l'ordre de grandeur de l'énergie de liaison des baryons dans le noyau, donc la nucléosynthèse aurait pu commencer à ce moment, cela n'a pas été efficace du fait que:
- L'univers est en expansion rapide (ce qui ne facilite pas les rencontres p + n).
- Surtout les baryons sont à l'équilibre thermique avec les photons (plus de un milliard de photons par baryon) et compte tenu de la loi de distibution d'énergie des photons, si par chance un noyau de deuterium (p+n) se forme, comme son énergie de liaison est faible il est détruit illico presto par les photons en surnombre considérable dont une fraction non négligeable ont un énergie bien supérieure.
En fait il faut attendre environ 100 s (l'énergie est alors d'environ 0,1 MeV) pour que la nucléosynthèse (essentiellement synthèse des noyaux d'hélium) soit efficace du fait que les photons sont beaucoup moins destructeurs vis à vis du deuterium qui est sur le chemin principal de la synthèse de l'hélium: ce qu'on appelle la chicane du deuterium ).
Pendant ce temps, les neutrons instables à l'état libre (période 15 mn env.) ont vu leur nombre diminuer et il y a péril en la demeure (pour eux)
La synthèse des noyaux d'hélium en les incorporant dans le noyau va "sauver" le reliquat.
La nucléosynthèse dure environ 100 s. Donc à t = T0 +200 s (3mn 20 s), tout est quasiment joué.
A noter que quelques microchouïas d'autres éléments on été synthétisés (deutérium, lithium,...), mais que en masse l'univers est composé d'environ 3/4 hydrogène 1/4 hélium + epsilon pour le tout reste.
Cordialement
Merci pour le correctif
Parcours Etranges
Merci beaucoup pour vos réponses!
Claire
Je me joins a branquinha pour vous remercier et vous féliciter pour votre vulgarisation très pédagogique, dans une matière ou la vulgarisation n'est pas forcément évidente.
Étant strictement incapable de comprendre mathématiquement ces phénomènes, c'est avant tout pour des topics pareils, ou vous savez expliquer "simplement" (en tout cas intelligiblement pour des profanes) des phénomènes si complexes, que je viens sur ce forum.
Alors merci de nous offrir l'occasion de jubiler sur ces sujets.
