« Quelle est la température de l’Univers ? »

« Quelle est la température de l’Univers ? La réponse à cette passionnante question nous est fournie par le modèle standard. Ce modèle représente le scénario le plus probable de la formation de l’Univers, que les astronomes et les cosmologistes imaginent à partir des données fournies par les observations astronomiques. 

D’après ce modèle, une fraction de seconde après le Big-Bang (10-10 secondes), l’Univers était alors un brasier très dense dont la température frôlait les 1015 degrés. Un Univers si dense que les particules de lumière et de matière étaient si étroitement enchevêtrées qu’un observateur extérieur n’aurait rien pu en distinguer à l’oeil nu.

Depuis cet événement qui a marqué la naissance de notre Univers, il y a 13,7 milliards d’années, et au fur et à mesure de son extension, la température n’a cessé de baisser. Et ce faisant, la matière s’est organisée différemment avec entre autres conséquences, une libération des photons. D’après les modèles actuels, cette libération serait survenue assez rapidement. À peine 380.000 ans après le Big Bang.

Le satellite à remonter dans le temps

Et les traces de cette chaleur et de cette lumière originelle sont encore détectables aujourd’hui. Comment ? Par l’observation de la lumière d’étoiles très lointaines. Si lointaines, que les rayons lumineux qu’elles émettent ont mis plusieurs milliards d’années à parvenir jusqu’à nous. Étudier cette lumière lointaine revient donc à jeter un oeil à notre passé lointain. L’existence de ce « rayonnement fossile », également appelé « fond cosmologique diffus », a été mis en évidence et étudié successivement par la sonde COBE (Cosmic Background Explorer) en 1990, puis par les satellites WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en 2001 puis Planck. Ce dernier avait d’ailleurs révélé en 2013 cette fabuleuse image du rayonnement fossile de l’Univers.

Les ondes radio (lignes jaunes) provenant d’un quasar lointain passent à travers une galaxie qui fait office de lentille gravitationnelle. Les ondes radio sont absorbées par des molécules dans un nuage de gaz. Les astronomes ont utilisé des radio-télescopes pour mesurer la température de l’Univers il y a 7,2 milliards d’années, en détectant les signatures des molécules absorbant les ondes radio. © Onsala Space Observatory/R. Cumming/S. Muller.

En étudiant la lumière émise par un quasar situé à 7,2 milliards d’années lumière de nous, des chercheurs de l’observatoire de Paris ont ainsi tenté de mesurer la température qui régnait dans l’Univers à cette époque. Résultat : elle a été mesurée à 5,08 Kelvin (-268°C) soit un peu plus celle que l’on mesure actuellement dans notre Univers, à savoir 2,73 degrés Kelvin (soit -270,42°C). Il y a 7,2 milliards d’années, la température de l’Univers était donc à peine plus chaude (3 degrés de plus) qu’elle ne l’est aujourd’hui.

La présence de ce rayonnement fossile qui baigne tout notre Univers explique que même dans les zones les plus reculées de l’espace, la température n’atteint jamais le zéro absolu (c’est à dire 0°K ou −273,15 °C). Une température théorique correspondant à un état dans lequel toute la matière est inerte et à son état énergétique minimal. Si la température globale de notre Univers est de -270,42°C, il existe toutefois de nombreuses variations locales. Elle atteint 15 millions de degrés Celsius au coeur de notre Soleil. A contrario, la température observée dans la nébuleuse du Boomerang a été mesurée à -272 °C, ce qui en fait l’endroit connu le plus froid de l’Univers.

Sources

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