Dans la plupart des sociétés, il y a des récits qui racontent la structuration du monde. Mais le développement de la cosmologie au XXe siècle a donné naissance à une histoire d’un genre nouveau : un récit long de 13,8 milliards d’années, inscrit dans la lumière des étoiles et des galaxies, et dont la richesse ne fait que croître au fil des découvertes. Dans cette conférence, nous allons parcourir les grands chapitres de ce nouveau récit, depuis la fournaise uniforme du cosmos primordial jusqu’au foisonnement de galaxies, d’étoiles et de planètes qui peuplent l’univers aujourd’hui.

1. Crédit : NASA's Goddard Space Flight Center/CI Lab
Par Sébastien Carassou
LE GRAND RÉCIT
DU BIG BANG À NOS JOURS

2. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Le modèle du Big Bang

3. I.
LES 4 PILIERS
OBSERVATIONNELS
DU BIG BANG
Crédit : NASA, restored by Bammesk

4. Crédit : NASA/JPL-Caltech//R. Hurt (Caltech-IPAC)
Observation 1 : Les galaxies ont tendance
à s’éloigner de nous
(et ce d’autant plus vite qu’elles sont lointaines)

5. L’effet Doppler
Décalage
vers le rouge
Décalage
vers le bleu
Observateur A Observatrice B

6. L’analogie du cake au raisin
Crédit : Graphics RF

7. INTERPRÉTATION :
L’UNIVERS EST EN
EXPANSION
Crédit : ESO/L. Calçada

8. CONSÉQUENCE :
L’UNIVERS ÉTAIT
PLUS DENSE ET
PLUS CHAUD
PAR LE PASSÉ

9. Crédit : ESA / Planck Collaboration
Observation 2 : il existe un
fond diffus cosmologique

10. Crédit : ESA (image by C. Carreau)

11. 92%
7%
1%
Observation 3 : les abondances
relatives des éléments chimiques légers
du cosmos
(en nombres de noyaux d’atomes)
He
H
Autres éléments
Crédit : Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al.

12. Crédit : NASA, ESA, M. Kornmesser
Observation 4 : les galaxies évoluent
au fil de l’histoire du cosmos

13. Crédit : Gerd Altmann
II.
CE QUE LE BIG BANG
N’EST PAS

14. Crédit : M. Weiss
Le Big Bang n’est PAS une explosion

15. Temps
Espace
préexistant
Représentation classique
de l’explosion (fausse)

16. Temps
Représentation plus fidèle
de l’expansion cosmique

17. Crédit : Adam Evans
Le modèle du Big Bang ne dit PAS
ce qui déclenche l’expansion cosmique

18. Le modèle de l’inflation cosmique
(? -> 10-32 s après le Big Bang)
Crédit : Roen Kelly, after Alan Guth
Temps
(secondes)
Rayon
de l’univers
(mètres)
Aujourd’hui
Période
inflationnaire
Modèle de
l’inflation
cosmique

19. temps
L’inflation cosmique
(? -> 10-32 s après le Big Bang)
10-37 s 10-37 s 10-37 s 10-37 s

20. Le Big Bang n’est PAS
« l’instant de création » de l’univers
Crédit : ESO/M. Kornmesser

21. Le Big Bang n’est PAS
« l’instant de création » de l’univers
Crédit : ESO/M. Kornmesser
Singularité du
Big Bang
(?)

22. Crédit : Lucas Vieira Barbosa
Relativité générale Mécanique quantique
Deux grandes théories
pour décrire la réalité

23. Crédit : vchal
La quête d’une théorie
de la gravitation quantique
(théorie des cordes, gravitation quantique à boucles…)

24. Les modèles d’univers à rebond
Crédit : Perimeter Institute

25. III.
CHRONOLOGIE
COSMIQUE
Crédit : NASA/Goddard Space Flight Center and the Advanced Visualization Laboratory
at the National Center for Supercomputing Applications

26. Les premiers noyaux d’atomes
(La nucléosynthèse primordiale)
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Neutron
+ Proton
- Électron
Temps après le Big Bang : 2 - 20 min
Température : > 1 milliard de degrés

27. Les premiers noyaux d’atomes
(La nucléosynthèse primordiale)
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Neutron
+ Proton
- Électron
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Temps après le Big Bang : 2 - 20 min
Température : < 1 milliard de degrés

28. Les premiers atomes
(La recombinaison)
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Neutron
+ Proton
- Électron
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Temps après le Big Bang : 380 000 ans
Température : 2700 °C

29. Les âges sombres
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Neutron
+ Proton
- Électron
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Temps après le Big Bang : 400 000 ans – qqs centaines de millions d’années

30. Crédit : N.R.Fuller, National Science Foundation
Les premières étoiles de l’univers
(L’aube cosmique)
Temps après le Big Bang : qqs centaines de millions d’années

31. Les premières galaxies
(vue d’artiste)
Crédit : ESO / M. Kornmesser
Temps après le Big Bang : qqs centaines de millions d’années

32. Les premières galaxies
(GLASS-z13 vue par le JWST, 2022)
Crédit : Naidu et al, P. Oesch, T. Treu,
GLASS-JWST, NASA/CSA/ESA/STScI
Temps après le Big Bang : qqs centaines de millions d’années

33. Crédit : Adolf Schaller for STScI
L’époque de la réionisation
(vue d’artiste)
Temps après le Big Bang : qqs centaines de millions – 1 milliard d’années

34. La formation des
grandes structures cosmiques
Temps
Crédit : Eagle Collaboration / Stuart McAlfine / Durham University

35. Temps
(milliards d’années)
0 2 4 6 8 10 12 14
0
10
10
30
40
50
60
70
Big Bang
Aujourd’hui
(13,8)
Aujourd’hui
(46,5)
Rayon
de l’univers
observable
(milliards d’années-lumière)
Point d’inflexion
(5 milliards d’années)
Expansion
décélérée
Expansion
accélérée
L’expansion de l’univers
s’accélère !

36. Crédit : NASA/CXC/M.Weiss
Une supernova thermonucléaire
(supernova de type Ia)
Naine blanche

37. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les supernovæ thermonucléaires,
des « chandelles standards »

38. 68%
27%
5%
Composition de l’univers actuel
(en densité d’énergie)
Energie sombre
(répulsive)
Matière noire
(invisible)
Matière ordinaire
(étoiles, planètes…)
Crédit : Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al.

39. Naissance de la planète Terre
Temps : Il y a 4,5 milliards d’années Crédit : ESA/Hubble, M. Kornmesser

40. Apparition de la vie sur Terre
Temps : Entre 3,8 – 3,5 milliards d’années Crédit : Simone Marchi/SwRI

41. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Temps
(milliards d’années)
0
(singularité)
14
Big Bang
Aujourd’hui
(13,8)
Inflation
cosmique
Recombinaison
Âges
sombres
Premières
étoiles
?
Accélération de
l’expansion cosmique
Naissance de
la Terre
(9,3)

42. Le calendrier cosmique de Carl Sagan
Crédit : National Geographic

43. Pour aller plus loin
Crédit : Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics) et al.