Mesurer le Big-Bang

Propos recueillis par Étienne Gentil, publiés le 15/03/2018 dans le Dauphiné Libéré, à l’occasion de la conférence Mesurer le Big Bang – Que nous apprend la cosmologie observationnelle (Annonay, 16/03/2018).

Le big-bang, c’est quoi ?

Il s’agit simplement de l’époque primordiale durant laquelle l’Univers se trouvait dans des conditions extrêmes de température et de pression, et à partir desquelles il a évolué vers ce qu’il est aujourd’hui.

Comment est née cette idée de point de départ puis d’extension de l’univers ?

Les astronomes découvrent à la fin des années 1920 que les galaxies s’éloignent de nous d’autant plus rapidement qu’elles sont loin, ce qui s’interprète comme le signe d’une expansion de l’Univers. Dès lors, si l’Univers est en expansion, il devait être plus « comprimé » auparavant, jusqu’à une époque, il y a 13,8 milliards d’années, où les conditions étaient extrêmes: le Big Bang.

Le concept, né il y a bientôt 100 ans, est-il incontestable aujourd’hui ?

Aucune théorie scientifique n’est incontestable en soit: si une meilleure explication émerge, rendant mieux compte des observations avec des hypothèses plus « élégantes », alors elle prendra naturellement l’ascendant. Aujourd’hui cependant, aucune théorie alternative ne parvient à contester le paradigme du Big Bang, même si cette théorie est encore vivement discutée dans ses nombreux détails.

Comment peut-on mesurer quelque chose remontant à 13,8 milliards d’années ?

Il est vrai que, du fait de la vitesse finie de la lumière, l’astronomie permet d’observer le passé: une galaxie distante d’un million d’années-lumière est observée telle qu’elle se présentait il y a un million d’années, le temps qu’il a fallu à la lumière pour nous en parvenir. Cependant, il n’est pas possible d’observer l’Univers tel qu’il était il y a 13,8 milliard d’années, simplement parce qu’il n’était alors pas transparent: la lumière ne pouvait s’y propager librement. Aucune lumière de cette époque initiale ne nous parviendra jamais.

Qu’est-ce que le fond diffus cosmologique ? Comment le « voit »-on ?

Il a fallu attendre environ 370 000 ans pour que, se refroidissant dans son expansion, l’Univers devienne transparent et que la première lumière « libre » se propage: c’est ce que l’on appelle le « rayonnement fossile », observable de nos jours dans le domaine des micro-ondes.

Quel rôle jouent les explosions d’étoiles (supernova) dans la mesure du big-bang ?

Certaines supernovæ sont des « phares cosmiques », qui autorisent une mesure précise des distances sur des échelles cosmologiques (plusieurs milliards d’années-lumière). L’évolution des distances avec le temps permet de contraindre l’histoire de l’expansion de l’Univers, et ultimement ses propriétés fondamentales.

Est-ce que la nouvelle génération de télescopes va aider dans cette tâche ?

Les nouveaux télescopes n’observent pas seulement des supernovæ toujours plus lointaines (il y en avait peu lorsque l’Univers était très jeune), mais aussi de façon plus précise et contrôlée.

Que dit la version officielle scientifique du moment précédant le big-bang ? Un grand vide ?

Cette question n’a pas plus de sens que « qui étiez-vous un an avant votre naissance? » L’Univers, le temps, l’espace, l’énergie et la matière sont nées avec le Big Bang, et la physique standard telle que nous la connaissons n’a pas les moyens d’enquêter au delà.

Au final, à quoi ça sert de mesurer le big-bang ?

Outre la quête naturelle des origines, la période du Big Bang impose des tests très contraignants sur tous les aspects de la physique (physique des particules, relativité, etc.), et constitue de fait un laboratoire hors norme.