Du Big Bang \u00E0 la Terre: l'\u00E9volution \u00E0 l'\u00E9chelle cosmique

• Par Marc Jobin

Il n’y a pas que les espèces vivantes qui sont soumises à l’évolution : l’Univers lui-même a subi des mutations extraordinaires pour favoriser l’apparition de la vie !

Une série d’indices ont mis la puce à l’oreille des astrophysiciens. Dans les années 1920, Edwin Hubble découvre que la fameuse nébuleuse d’Andromède est en fait une galaxie à part entière, située bien au-delà des limites de la Voie lactée. L’Univers était immensément plus vaste qu’on le croyait jusqu’alors.

On s’aperçoit aussi que les galaxies s’éloignent les unes des autres : non seulement l’Univers est démesurément grand, mais il est en expansion !

Si l’écart entre les galaxies grandit, c’est sûrement qu’elles étaient plus rapprochées dans un lointain passé. On peut même envisager une époque où l’Univers était dans un état de densité et de température extrêmes. C’est la thèse soutenue par le prêtre catholique belge Georges Lemaître dans les années 1930, qui a mené à la fameuse théorie du Big Bang, largement acceptée aujourd’hui.

Les mesures cosmologiques les plus récentes fixent l’âge actuel de l’Univers, le temps écoulé depuis le Big Bang, à environ 13,8 milliards d’années. Cependant, il est impossible de dire avec certitude quelles étaient les conditions à l’instant initial de l’Univers ni ce qui en a déclenché l’expansion. Il reste une zone obscure, hors d’atteinte, jusqu’à 10 –43 seconde après le temps zéro : c’est l’ère de Planck. Mais une fois cette microscopique fraction de seconde écoulée, on peut déduire la suite des événements. Tout se passe alors très, très vite.

Au départ, il faut imaginer des conditions de température et de pression inouïes. Il n’y a pas de matière comme on la connaît, seulement une soupe d’énergie hypercondensée. Puis, vers 10 –32 seconde, une phase d’expansion extrême a lieu. Pendant un minuscule instant, l’échelle de l’Univers gonfle de manière stupéfiante. Cette inflation cesse aussi rapidement qu’elle a commencé et l’expansion prend ensuite un rythme plus posé.

Avec l’expansion, la température de l’Univers diminue. Dans ce bouillon d’énergie apparaissent spontanément de fabuleuses quantités de particules élémentaires, dont des quarks, des gluons et des électrons. Car énergie et matière sont interchangeables : c’est le célèbre E = mc 2 d’Einstein en pleine action ! Quarks et gluons s’associent pour former les protons et les neutrons. À peine une seconde s’est écoulée !

En quelques minutes, sous la chaleur et la pression ambiantes, des protons s’assemblent avec des neutrons, construisant ainsi les premiers noyaux atomiques plus lourds que l’hydrogène : deutérium, hélium et lithium.

Des millions d’années passent, l’Univers poursuit son expansion et se refroidit. Peu à peu, la gravité force des fragments de nuages à se comprimer au sein de différentes nappes de gaz. La pression et la température dans leur cœur grimpent, la fusion nucléaire s’amorce ! Les toutes premières étoiles s’allument environ 150 millions d’années après le Big Bang.

En fusionnant l’hydrogène et l’hélium, cette première génération d’étoiles fabrique carbone, azote et oxygène. Lorsqu’elles explosent en supernovæ, elles retournent au cosmos le produit de leurs flamboyantes existences. Les générations d’étoiles se succèdent, l’Univers s’enrichit d’éléments chimiques de plus en plus lourds. Silicium, magnésium, aluminium, phosphore, fer… le tableau périodique se garnit petit à petit.

En parallèle, la gravité agit aussi à plus grande échelle pour former ces immenses regroupements de gaz et d’étoiles que l’on nomme galaxies. Véritables usines qui recyclent la matière pour fabriquer de nouveaux éléments chimiques, elles offrent en plus un environnement favorable à la formation d’étoiles et un lieu propice où les éléments lourds peuvent se condenser en objets solides.

C’est dans une telle galaxie que notre Système solaire s’organise, il y a environ 4,6 milliards d’années. Au centre d’un disque tourbillonnant de gaz et de poussière, le proto-Soleil (le Soleil à son stade de formation) se condense, s’échauffe et commence à produire sa propre énergie. Les poussières microscopiques qui l’entourent s’agglutinent en petits grains, puis en fragments de plus en plus massifs. Des planètes se forment dans ce chaos.

Ainsi naît la Terre. Elle a une taille suffisante pour retenir une atmosphère protectrice, est située à la bonne distance du Soleil et de vastes nappes d’eau liquide recouvrent sa surface solide. Sa lune de bonne taille stabilise l’inclinaison de son axe de rotation, empêchant des variations catastrophiques de son climat. La vie y trouvera les conditions favorables à son émergence, il y a plus de 3 milliards d’années.

Suivez les traces des scientifiques qui tentent de percer les mystères entourant la genèse de notre Univers dans le spectacle Horizon, qui sera présenté au Planétarium Rio Tinto Alcan dès le 7 novembre.

LIVE/GOTO inc.