rayonnement fossile

[Fraggle Rock]

J'ai un problème de compréhension en lien avec la théorie du Big Bang.

On dit qu'on peut observer dans l'espace un rayonnement fossile, très ancien qui aurait l'âge de l'univers. Ce rayonnement aurait été formé au moment du big bang, il aurait donc environ 13 milliards d'années et on pourrait l'observer à l'heure actuelle, comme une trace de l'origine de l'univers. Est-ce que c'est bien ça, déjà, est-ce que j'ai bien compris ?

Après, si ça c'est correct, j'ai problème. Comment se fait-il qu'on puisse voir encore aujourd'hui ce rayonnement vieux de 13 milliards d'années ? Puisqu'il a dû voyager à la vitesse de la lumière pour arriver jusqu'à nous, pendant ces 13 milliards d'années, mais nous, comment on a fait pour parcourir cette distance avant l'arrivée de ces photons, si notre planète provient bien du même big bang ? Est-ce qu'on aurait parcouru la même distance plus vite que la lumière ? Je croyais que c'était théoriquement impossible.

Par ailleurs, est-ce que ce rayonnement très ancien pourrait avoir une autre origine que le big bang ?

Merci d'avance pour vos explications
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[Deedee81]

Salut,

On dit qu'on peut observer dans l'espace un rayonnement fossile, très ancien qui aurait l'âge de l'univers. Ce rayonnement aurait été formé au moment du big bang, il aurait donc environ 13 milliards d'années et on pourrait l'observer à l'heure actuelle, comme une trace de l'origine de l'univers. Est-ce que c'est bien ça, déjà, est-ce que j'ai bien compris ?

Pas tout à fait. Le rayonnement fossile a été émis alors que l'univers était âgé d'environ 300000 ans. A ce moment, il était devenu suffisamment froid (3000 degrés quand même) pour que les électrons se combinent au noyaux, formant des atomes neutres. L'univers est alors devenu transparent. Et le rayonnement thermique, bloqué dans la matière, s'est alors libéré et a commencé à voyager dans tout l'univers. C'est ce rayonnement que l'on capte.

Après, si ça c'est correct, j'ai problème. Comment se fait-il qu'on puisse voir encore aujourd'hui ce rayonnement vieux de 13 milliards d'années ? Puisqu'il a dû voyager à la vitesse de la lumière pour arriver jusqu'à nous, pendant ces 13 milliards d'années, mais nous, comment on a fait pour parcourir cette distance avant l'arrivée de ces photons, si notre planète provient bien du même big bang ? Est-ce qu'on aurait parcouru la même distance plus vite que la lumière ? Je croyais que c'était théoriquement impossible.

Le rayonnement émit à l'endroit où nous nous trouvons, on ne saurait pas l'observer en effet. On observe le rayonnement émit à une distance d'environ 13 milliards d'année lumière de nous.

Par ailleurs, est-ce que ce rayonnement très ancien pourrait avoir une autre origine que le big bang ?

Plusieurs idées ont déjà été soulevées. Mais elles peinent à reproduire toutes les caractéristiques du rayonnement fossile et ont toutes été invalidées. Les mesures de satellite Planck donnent une image très précise de ce rayonnement et de ses fluctuations et confirment le modèle du Big bang avec une grande précision.

Notons qu'il y a aussi d'autres éléments en faveur du big bang (et celui-ci entraine automatiquement le rayonnement fossile. Il avait d'ailleurs été prédit avant qu'on le découvre tout à fait par hasard !)
En particulier l'expansion et les abondances des éléments chimiques : on peut utiliser la physique nucléaire afin de calculer quelles doivent être les proportions d'éléments fabriqués pendant les premières minutes de l'univers. Et ça correspond bien aux vieux nuages de gaz pauvres en étoiles.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%C...se_primordiale
https://media4.obspm.fr/public/AMC/p...mpression.html

[Gilgamesh]

Pour compléter par une analogie.

Imagine que tu sois au sein d'une foule qui s'étend à infini. A un moment donné, tout le monde tape du pieds par terre, une seule fois, partout en même temps. Cet ébranlement initial, c'est l'analogue de la lumière qui se libère du brouillard primordial au même instant dans tout l'univers. Au début tu sens la vibration que tu as crée localement, et en imaginant qu'elle voyage à 300 m/s à la surface, au bout de 0,1 s tu écoutes celle du cercle des gens situés à 30 m de toi, à une seconde celle de ceux situés à 300 m de toi, etc. Il y a de plus en plus de gens, mais ils sont situés de plus en plus loin, et les deux se compensent. Tu entends donc un son continu, pendant une durée infinie. C'est l'analogue du rayonnement fossile.

Maintenant, il faut imaginer que les gens sont situés sur une surface élastique qui s'agrandit en permanence. Les gens s'éloignent de toi proportionnellement à leur distance, et l'étirement de la surface fait que la vibration qui se propage voit sa longueur d'onde augmenter dans les mêmes proportions, ce qui fait que le son qui t'en parvient est de plus en plus grave et assourdi. C'est l'analogue du redshift cosmologique qui s'applique au rayonnement fossile.

[Fraggle Rock]

Génial ! Merci beaucoup à tous les deux, j'ai tout compris !

[A voir en vidéo sur Futura]