Recette pour confectionner un Univers
Prenez une explosion massive et convertissez-la en une abondance de poussière d’étoiles et une chaleur insoutenable. Laissez mijoter pendant une éternité sur un fond de micro-ondes cosmiques. Laissez les ingrédients se figer et servez froid avec des cultures d’organismes minuscules, 13,7 milliards d’années plus tard.
Pour identifier les « ingrédients de base » et le « mode de cuisson » du cosmos, du début des temps à nos jours, les physiciens des particules doivent essayer de refaire la recette de l’Univers. À l’intérieur de cette pâte complexe, des indices cryptés recèlent les instructions de la recette cosmique.
Cuisson à petit feu
Il y a plus de 13,7 milliards d’années, espace, temps et matière confondus naissaient d’une explosion incommensurablement puissante, le Big Bang. Il a suffi de quelques fractions de seconde pour que l’Univers, alors extrêmement chaud et dense, commence à refroidir et permette aux constituants de base de la matière, notamment les électrons et les quarks dont nous sommes tous constitués, de faire leur apparition. Quelque millionièmes de seconde plus tard, les quarks se sont rassemblés pour produire des protons et des neutrons, lesquels se sont regroupés, dans les trois minutes suivantes, constituant des noyaux.
Puis, au fur et à mesure que l’Univers poursuivait son expansion et son refroidissement, le rythme s’est ralenti. Il a ainsi fallu 380 000 ans pour que les électrons soient capturés dans l'orbite des noyaux, ce qui a donné naissance aux premiers atomes. Il s’agissait d’hélium et d’hydrogène, qui sont encore aujourd’hui les éléments les plus répandus dans l'Univers.
Quelque 1,6 millions d’années plus tard, c’est la gravité qui a pris le rôle dominant lorsque les nuages de gaz ont commencé à se transformer en étoiles et galaxies. Depuis, les atomes plus lourds qu’on retrouve dans la structure de tous les êtres vivants, notamment le carbone, l’oxygène et le fer, n’ont pas arrêté de « cuire » dans le cœur des étoiles et d’être remués avec le reste de l’Univers chaque fois qu’une étoile fait une fin spectaculaire sous la forme d’une supernova.
L’ingrédient mystérieux
Jusque là, tout va bien… pourtant, il y a un petit détail qui gêne : les différentes observations cosmologiques et astrophysiques ont montré que les éléments décrits plus haut ne représentent que 4% de l’Univers entier. Autrement dit, la nature de l’Univers n'est pas déterminée par les planètes ou les galaxies mais plutôt par le vide qui entoure celles-ci...
La majeure partie de l’Univers est constituée de substances invisibles que l’on appelle « matière noire » (26%) et « énergie sombre » (70%). N'émettant aucun rayonnement électromagnétique, elles ne sont détectables qu'à travers leurs effets gravitationnels. Leur nature et leur rôle dans l’évolution de l’Univers demeurent un mystère, mais cette obscurité recèle une physique fascinante, encore inexplorée, et qui va au–delà du modèle standard établi.
