La température de l'univers pendant le Big Bang

La théorie du big bang sur l'origine de l'univers est le résultat logique de la découverte par l'astronome Edwin Hubble que l'univers est en expansion. Si l'expansion pouvait être inversée, l'univers entier se contracterait à un moment donné en un seul point de l'espace. Les scientifiques ont déduit les conditions et la température de l'univers à un moment infiniment proche de cette singularité à partir des observations de l'univers actuel.

Une singularité est une région de l'espace-temps dans laquelle la matière est écrasée si étroitement que les lois de la gravitation expliquées par la relativité générale s'effondrent. Dans une singularité, le volume de l'espace est nul et sa densité est infinie. Une autre façon de dire cela est que la courbure de l'espace-temps est infinie. Les scientifiques pensent qu'une telle singularité existe au cœur d'un trou noir, qui se produit lorsqu'un soleil super-massif atteint la fin de sa vie et implose. La relativité générale exige également qu'une telle singularité existe au début d'un univers en expansion.

Le big bang est l'instant où la singularité primordiale est devenue l'univers. Sur la base d'observations d'objets distants et de mesures du rayonnement de fond cosmique, les scientifiques ont déduit la température à l'heure de Planck, qui est de 10 millions de milliards de milliards de milliards de milliardièmes d'un deuxième. À cet instant, la température était de 100 millions de milliards de milliards de kelvins (180 millions de milliards de milliards de degrés Fahrenheit). L'univers a connu une période d'expansion accélérée qui s'est terminée bien avant qu'une seconde ne se soit écoulée. À ce moment-là, il avait refroidi à une température de 100 milliards de kelvins (180 milliards de degrés Fahrenheit).

Environ une seconde après le big bang, l'univers était environ 400 000 fois plus dense que l'eau et la température était de 10 milliards de kelvins. La matière se composait principalement de protons et de neutrons. Après 13,8 secondes, la température était tombée à 3 milliards de kelvins, et trois minutes et 45 secondes plus tard, elle était tombée à 1 milliard de kelvins. À ce stade, les neutrons et les protons ont commencé à former des noyaux d'hélium. Les premiers atomes ne se sont formés que 700 000 ans après le big bang. À ce moment-là, la température était tombée à plusieurs milliers de kelvins, ce qui était suffisamment froid pour que les protons et les électrons forment des atomes d'hydrogène.

Outre la découverte de Hubble que l'univers est en expansion, qui a conduit au développement de la théorie du big bang en premier lieu, il y a deux autres raisons d'accepter la théorie. L'un est qu'il prédit que l'hélium formé au moment du big bang devrait représenter 25 % de la masse de l'univers, ce que les astrophysiciens observent. L'autre est qu'il prédit que la température du rayonnement de fond cosmique -- la rémanence du big bang - devrait être de 3 degrés au-dessus du zéro absolu, et les observations ont également l'a confirmé.