Les Ages-sombres de l’Univers, une époque de transition vers tous les possibles

En fin d’article, condamnation de l’agression turque en Arménie. Auparavant un peu de cosmologie. Je vais aujourd’hui vous parler de la période des « Ages-sombres » de l’Univers, intrigante parce qu’elle est celle de la gestation de tous les possibles et qu’elle est forcément mal connue puisque sombre. C’est pendant ce temps-là que la matière après avoir été finalement libérée violemment du plasma primordial par l’Expansion, a été réorganisée patiemment par la Gravité et les trois autres forces fondamentales de la physique, en fonction des anisotropies (irrégularités) existant à la Surface-de-dernière-diffusion.

Sur une histoire commençant il y a 13,8 milliards d’années, avec le Big-bang, les Ages-sombres se situent entre 380.000 (précisément) et quelques 400.000.000 d’années (limite beaucoup plus floue avec une grosse marge d’imprécision). Il y a donc très longtemps ! Depuis le Début (Big-bang), le développement de l’Univers a suivi une trajectoire logique portée par les grandes forces fondamentales susmentionnées qui le structurent mais l’époque des Ages-sombres est particulièrement intéressante comme transition entre un Univers compact et celui que nous connaissons aujourd’hui, fait de « vide », de galaxies, d’étoiles et de nuages, filamenteux ou non, de gaz.

Que s’est-il passé « en l’an de grâce » 380.000 après le Big-bang ? Il s’est passé ce qu’on appelle le « Découplage », c’est-à-dire le moment où la densité et la température de l’Univers en expansion se sont suffisamment abaissées pour que le rayonnement électromagnétique puisse soudain s’échapper de la matière comme le pollen au Printemps, par tous les interstices de vide qui s’ouvraient entre les particules, protons et électrons, qui le composaient. On le sait puisque par chance et par malheur, du fait de la finitude de la vitesse de la lumière, plus nous regardons loin, plus notre regard est courbé vers le passé et qu’en même temps que nous constatons la présence d’un rayonnement diffus multidirectionnel ou « isotrope », le « Fond-diffus-cosmologique », expression de la Surface-de-dernière-diffusion d’un Univers compact, nos instruments d’observation nous permettent de remonter naturellement dans le temps, jusqu’aux premières galaxies. C’est ce qui nous permet aussi de faire le lien logique entre les premiers rayonnements galactiques et l’origine du Fond-diffus, et nous permet de parler de la période « entre deux » de laquelle nous ne recevons aucun rayonnement, celle des Ages-sombres.

Simultanément au Découplage, les protons s’assemblèrent aux électrons pour constituer des atomes neutres et l’Univers se trouva, temporairement, empli d’une matière totalement neutre électriquement (là où il n’y avait ni vide ni rayonnement). Mais la Surface-de-dernière-diffusion, c’est-à-dire le dernier moment où l’Univers constituait dans sa totalité un plasma, n’était pas lisse et totalement homogène. Ce plasma du fait qu’il était en expansion, était en effet parcouru par des courants causés par des ondes acoustiques qu’on appelle l’« Oscillation-acoustique-des-baryons » (« BAO »). Ce phénomène y créait des irrégularités de masse, mouvantes, les « anisotropies », comme des nodules en profondeur qui, au dernier moment, s’ouvrirent comme des coques sur le nouveau vide, déterminant pour le passé, une surface. Certains astrophysiciens pensent que ces nodules renfermaient aussi bien de la matière baryonique que de la matière-noire*. Quoi qu’il en soit ces anisotropies subsistèrent en trois dimensions dans l’Univers ouvert qui venait de naître (mes lecteurs fidèles n’oublient pas qu’à côté de ces anisotropies causées par les BAO, Roger Penrose espère en trouver d’autres qui témoigneraient de l’existence d’au moins un autre éon avant le Big-bang).

*26,8% de l’énergie totale de l’Univers alors que la matière baryonique n’en constitue que 4,9%, le reste, soit 68,3%, étant la toujours hypothétique énergie-sombre. La matière-noire dont on voit les effets gravitationnels (ou plutôt dont on déduit l’existence par les effets qu’elle a sur la matière baryonique), n’est toujours pas identifiée et certains autres astrophysiciens en nient toujours l’existence.

L’Univers poursuivit évidemment son expansion portée par l’impulsion du big-bang et de la phase d’inflation qui le suivit (l’accélération tout à fait marginale au début ne se manifeste sensiblement qu’après 6 ou 7 milliards d’années). La gravité ne pouvait immédiatement reconcentrer la matière autour des anisotropies existant au moment du Découplage. Comme, bien que diffuse, elle restait quand même dense, l’Univers n’était donc qu’un grand brouillard, irrégulier en densité et ce brouillard se gonflait à grande vitesse en tourbillonant dans une nuit presque complète éclairée confusément par le rayonnement de la surface de dernière diffusion et son propre rayonnement beaucoup plus faible (voir illustration de titre).

Les anisotropies se perpétuaient cependant dans les masses informes, quand même plutôt sphériques et de volumes comparables (la force de gravité liée à la masse jouait déjà bien sûr son rôle), de ce qui allait devenir les « galaxies-sombres », se différentiant de plus en plus les unes des autres en se resserrant chacune sur elle-même dans un vide de plus en plus étendu.

Il faudra « un certain temps », jusque vers peut-être 200 millions d’années, pour que les concentrations de matière deviennent suffisamment denses pour que les premières étoiles s’allument au sein de ces galaxies-sombres, en commençant leur processus de fusion nucléaire, et entreprennent par leur rayonnement (largement ultra-violet) de ré-ioniser lentement les éléments de matière composant l’univers (séparant les électrons des atomes). Ceux qui croient à la présence d’une matière-noire mêlée à la matière baryonique pensent, sans en avoir la preuve, qu’elle joua un rôle dans cette re-concentration. Mais peut-être est-ce simplement l’éloignement des masses les unes des autres causé par l’expansion, qui favorisa l’attirance gravitationnelle interne de chacune en atténuant de plus en plus les attirances contrariantes ? Le processus sera long puisqu’il faudra attendre jusqu’à près de 1 milliard d’années après le Big-bang pour qu’il aboutisse, c’est-à-dire qu’à force de concentrations stellaires, le vide se dégage totalement du brouillard, les molécules d’hydrogène et d’hélium libres se structurent en filaments nuageux liant les galaxies ou en nuages à l’intérieur des galaxies, et que l’Univers perde son opacité. Mais on fixe à 400 millions d’années* la fin de la période des Ages-sombres et l’entrée dans celle de la Ré-ionisation (qui se termine donc après 1 milliard d’années) considérant qu’à cette époque l’Univers était déjà devenu suffisamment transparent.

*pour comparaison de durée, les premiers animaux remontent à quelques 575 millions d’années (faune de l’édiacarien) et il y a 400 millions d’années nous étions dans le Dévonien inférieur, avant la sortie des premiers amphibiens sur la Terre ferme.

Parallèlement à la diminution de la densité, au passage du temps, à l’éloignement de la source d’émission et à cause de cette évolution, la température du Fonds-diffus de l’Univers baissait selon une courbe asymptotique, d’un ordre de grandeur à partir des quelques 3000 K (pour référence la surface du Soleil a actuellement une température de l’ordre de 5800 K) qu’il avait au sortir de la Surface-de-dernière-diffusion, pour atteindre sans doute les 300 K vers ces 400 millions d’années (et 2,728 K aujourd’hui).

A la fin des Ages-sombres, il y avait dans les galaxies-sombres beaucoup de gaz et très peu d’étoiles. Les premières d’entre elles sont donc très difficiles à observer du fait de leur faible luminosité mais on y parvient quand même. La première méthode a été indirecte, par la lumière des phares puissants des astres postérieurs, qui éclairent leur environnement. Ces astres, les premiers quasars observés aujourd’hui, ont été datés de 750 millions d’années après le Big-bang. Cependant « on n’arrête pas le progrès » et grace au télescope Hubble et au spectrographe MOSFIRE fixé sur l’un des deux grands télescopes de l’observatoire Keck au sommet du Mauna Kea (Hawaï) on vient de détecter une galaxie extrêmement lointaine, « GN-z11 » (le “z” est pour le redshift), dont la lumière a été émise à l’aube de la Réionisation, il y a 13,4 milliards d’années (donc 400 millions après le Big-bang). Son rayonnement central semble extrêmement lumineux et il ne serait pas étonnant qu’elle soit également un quasar primitif. Voir lien ci-dessous**

On peut remarquer que la densité du brouillard étant quand même très forte dans cette jeunesse de l’Univers, la facilité pour la force de gravité de concentrer de très grandes quantités de matière était sans doute plus grande relativement à ce que l’Univers connaîtra plus tard. La preuve en est donnée par la formation de ces quasars, énorme trous-noirs dévorant la matière alentour en la faisant briller jusqu’au point où l’on a d’abord cru que c’était des étoiles (quasi-stars). Il n’est pas exclu non plus que, parallèlement, de petits grumeaux de matière primordiale, libérés par la baisse de densité de l’Univers, ne se soient trouvés isolés dans l’espace sans suffisamment de matière pour les faire grossir. Ils formèrent ce qu’on appelle les micro-trous-noirs. Plus froids au début mais devenant rapidement d’une température très proche de l’environnement du fait de la baisse de celle de ce dernier, ils commencèrent très vite à s’évaporer, c’est du moins la théorie puisqu’à ce jour nous n’en avons observé aucun.

De quoi est composé l’Univers en dehors de la matière à l’époque des Ages-sombres ? D’abord des champs de bosons puisqu’ils sont la trame de l’Univers (vous vous souvenez du fameux boson de Higgs qui permet à la matière d’exister). Ensuite du rayonnement électromagnétique. Il est également partout puisqu’il vient de se libérer de la matière. Il occupe déjà toutes les longueurs d’onde possibles du spectre que nous connaissons aujourd’hui. Une partie est certainement lumineuse (le fameux rayonnement du fond diffus qui à l’origine est de 3000 K) mais les ondes les plus courtes, aux ondulations les plus serrées, ultra-violet, rayons X, rayons gamma, sont omniprésentes puisque nous sommes encore tout près de la « grande explosion ». Etant donné la différence de vitesse, même si l’hydrogène et l’hélium sont très légers, ces rayonnements s’étendent partout où il est possible qu’ils soient, y compris au-devant de la matière puisqu’ils n’ont pas de masse, et dans un volume déjà non-totalement déterminable (l’Univers était déjà « illimité et fini » comme on le pense aujourd’hui). Ce rayonnement est diffus de telle sorte que le brouillard de matière n’est pas totalement sombre, comme indiqué plus haut. Il luit principalement par réflexion même si sa propre chaleur doit générer aussi une certaine émission.

On peut aussi remarquer qu’à ce stade l’Univers est très peu différencié. On dit que son entropie est très faible en allant, comme aujourd’hui, vers toujours plus de complexité. La nucléosynthèse stellaire n’a évidemment pas eu le temps de faire son œuvre. La « matière » n’est rien d’autre que de l’hydrogène et de l’hélium et très marginalement quelques autres gaz comme le lithium ou le néon formés lors de l’éclatement de la Surface-de-dernière-diffusion. Donc le spectre des galaxies ou des étoiles primitives ne peut montrer que de l’hydrogène et peut-être de l’hélium. Les planètes, s’il en existe déjà, ne sont que des boules des mêmes gaz en plus petites. Il ne peut exister aucune planète tellurique car il n’y a aucun élément chimique pour en constituer les minéraux dont elles sont faites.

Ce monde étrange est notre monde. Il a existé puisque nous sommes ici aujourd’hui. Il portait en germe ce que nous sommes devenus et ce que nous deviendrons et qui, un jour encore plus lointain, du fait de l’expansion accélérée qui nous entraîne toujours plus vite et de la force de gravité qui condense toujours plus la matière, sera à nouveau tout aussi sombre, totalement différent mais tout aussi étrange. Pour le moment profitons, sans illusion, de la stabilité apparente qui nous est offerte simplement parce que notre vie est courte.

Lire mon article sur la surface de dernière diffusion « CHIME » publié le 7 septembre 2019.

**Article de Nature Astronomy Letters daté du 14/12/2020, sur la plus ancienne/lointaine galaxie jamais observée et article de Space.com sur la même:

Très belle simulation de la sortie des Ages-sombres : https://www.youtube.com/watch?v=erHGgLFXhVs

Illustration de titre : image https://plancksatellite.org.uk/?s=dark+ages

Pour retrouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 20 12 16

PS: On peut en même temps « vibrer » pour les Ages-sombres de l’Univers et compatir au malheur des Arméniens.

Parlant d’Ages-sombres et en commençant cette semaine de Noël* j’ai une pensée particulière pour la communauté arménienne qui a été à nouveau martyrisée par les islamistes en 2020. Pensez, vous aussi chers lecteurs, avec compassion et sympathie, à ces chrétiens, nos frères en esprit, qui ont été massacrés, chassés de leurs terres ancestrales sans que la communauté internationale ne vienne à leur secours. La honte retombe évidemment sur les criminels Aliyev et Erdogan mais aussi sur les divers gouvernements « occidentaux » (c’est à dire européens et américains) qui n’ont rien su organiser ni entreprendre pour sauver ces pauvres gens déjà si terriblement éprouvés par les divers pogromes qu’ils ont subis au cours du temps (1894-96 ! 1915-16 ! pour ne mentionner que les plus connus).

La cessation des combats imposée par les Russes est intervenue bien tard! Elle ne fera pas revenir les morts à la vie ni ne rendra les territoires perdus, légitimement arménien puisque peuplés par eux depuis au moins 2500 ans, époque où les ancêtres des Turcs étaient bien loin, en Asie Centrale, et où leurs “faux-nez” Azeris n’existaient évidemment pas, ni ne réparera les destructions du patrimoine antique souillé au préalable par ces sauvages.

Dans ce contexte, les individus isolés doivent faire entendre leur voix pour crier leur condamnation des Turcs et leur désapprobation devant la passivité des gouvernants des “grandes puissances” occidentales (malgré les efforts suisses) porteuse de l’esprit de Munich, ce que je fais.

Une question…ou une suggestion :  la Cour Pénale Internationale (La Haye) existe-t-elle encore ? Si oui ou plutôt lorsque les Etats ou institutions pouvant en effectuer la saisine auront passer “les fêtes”, pourraient-elle convoquer Aliyev et Erdogan? Ces deux-ci cochent toutes les cases de la barbarie. Les Ages-sombres de l’Univers ne furent en réalité qu’un passage vers la lumière. Les juges pourraient contribuer à ce qu’il en soit de même pour la Civilisation; c’est pour cela que leur Cour a été constituée.

*En Arménie, Noël est fêté le 25 décembre ou le 6 janvier selon que les fidèles ont choisi de se rattacher à Rome ou de rester dans leur église apostolique.

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

11 réponses à “Les Ages-sombres de l’Univers, une époque de transition vers tous les possibles

  1. Bravo, cher Pierre, je reconnais bien là, le grand humaniste en vous.

    N’oublions pas les trous noirs sur terre, ces zones de non-droit et j’ai une sympathie particulière pour les arméniens, les kurdes, les libanais et tant d’autres peuples nobles et si nombreux… .

    Tous mes voeux et longue vie, autant à vous qu’à vos blogs passionnants et à votre famille.

    1. Merci Olivier, tous mes voeux également pour une vie paisible et heureuse sous le ciel austral. Comme vous dites, n’oublions pas la souffrance de ceux qui subissent l’injustice et la violence des autres. Soyons tolérants avec les innocents qui ne pensent pas comme nous mais ni complaisants ni faibles avec les bourreaux…ce qui hélas est le cas avec les nationalistes turcs d’Erdogan.

    1. Même si on a la tête dans le ciel, on peut regarder autour de soi. Il monte de ce drame comme un grand cri de douleur sinon de désespoir! Comment ne pas réagir à l’injustice, à la bêtise, à la méchanceté et à l’horreur réunies toutes ensembles?! Ne pas le faire ne serait tout simplement pas humain. J’espère que beaucoup de mes contemporains partagent mon sentiment et que tous ensemble ils ne laisseront pas les sauvages profiter de leur crime.

  2. Les dangers cosmiques comme les guerres peuvent être évités par la connaissance et la science :
    nous avons eu de la chance jusqu’à maintenant d’avoir échappé à des astéroïdes meurtriers heureusement fort rares et grâce à la technologie, nous pourrons faire face à ce genre de menaces dans le futur, soit en choisissant des abris suffisamment éloignés les uns des autres pour réduire la probabilité de destruction , soit en augmentant notre pouvoir de défense .
    En ce qui concerne nos défauts humains sur Terre, il faut en comprendre les racines pour éviter les conflits à l’avenir . Je ne sais plus qui a dit : “le vrai héros est celui qui fait de son ennemi un ami ” , mais c’est certainement une vérité à ne pas oublier …

    1. Merci Monsieur Giot,
      “Choisir des abris suffisamment éloignés les uns des autres” me fait curieusement penser au choix que certains envisagent: aller créer une implantation humaine sur Mars…
      “Eviter les conflits en faisant de son ennemi un ami”, certes mais dans le cas des Turcs, comment voulez-vous que les Arméniens s’en fassent des amis? Les Turcs ne pensent qu’à une chose éradiquer les Arméniens de la surface de la Terre…avant de s’en prendre aux Grecs et à d’autres. Les Turcs d’Erdogan veulent agrandir leur espace vital, comme Hitler à une certaine époque. Il faut regarder les choses en face.

      1. En effet, Erdogan veut reconstruire l’empire ottoman disparu il y a un siècle et si on le laisse faire, il prendra de l’assurance comme Hitler dans les années 30 qui avait poursuivi ses “conquêtes”. Merci encore pour votre soutien au peuple arménien à travers ce blog.

  3. Je partage votre inquiétude justifiée à propos du malheur qui s’est abattu une nouvelle fois sur ce valeureux peuple arménien. Je ne sais pas qui parviendra à neutraliser les nuisances nauséabondes répétées de ce petit calife d’Ankara qui veut étendre son islamisme personnel.

  4. Je ne peux que vous soutenir quand vous dénoncez le danger que représente Erdogan pour la paix mondiale. En 1994-95, j’étais en Albanie pour la CE et, déjà à ce moment, des étudiants albanais exprimaient leur inquiétude face à la résurgence d’un Turkestan qui se reconstruisait entre les côtes adriatiques et le Xingjiang et qui se préparait à phagocyter les démocraties qui auraient pu se créer après la chute du mur de Berlin.

    Jusqu’à présent, seuls les Chinois ont réagi à ce danger et encore se le sont-ils fait reprocher par les bien pensants occidentaux. En commanditant en 1999 la rédaction d’ouvrages comme “Calming the Ferghana Valley”, George Soros est un des rares Occidentaux à avoir osé tirer la sonnette d’alarme.

    Pour ce qui est de la partie astrophysique de l’article, j’ai du relire La Première Seconde et rafraîchir bien des connaissances. C’est un aspect positif de vos articles qui nous obligent à nous oxygéner les neurones ce qui reste la meilleure prévention contre Alzheimer.

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