L'univers est rempli de milliards de galaxies et de milliards d'étoiles, ainsi que d'un nombre presque innombrable de planètes, de lunes, d'astéroïdes, de comètes et de nuages de poussière et de gaz - tourbillonnant dans l'immensité de l'espace.
Mais si nous zoomons, quels sont les éléments constitutifs de ces corps célestes, et d'où viennent-ils?
L'hydrogène est l'élément le plus répandu dans l'univers, suivi de l'hélium; ensemble, ils constituent presque toute la matière ordinaire. Mais cela ne représente qu'une infime partie de l'univers - environ 5%. Tout le reste est fait de choses qui ne peuvent pas être vues et ne peuvent être détectées qu'indirectement.
Surtout de l'hydrogène
Tout a commencé avec un Big Bang, il y a environ 13,8 milliards d'années, lorsque la matière ultra-chaude et dense s'est soudainement et rapidement développée dans toutes les directions à la fois. Quelques millisecondes plus tard, l'univers du nouveau-né était une masse de neutrons, de protons, d'électrons, de photons et d'autres particules subatomiques qui se soulevait à environ 100 milliards de degrés Kelvin, selon la NASA.
Chaque morceau de matière qui compose tous les éléments connus du tableau périodique - et chaque objet de l'univers, des trous noirs aux étoiles massives en passant par des particules de poussière spatiale - a été créé pendant le Big Bang, a déclaré Neta Bahcall, professeur d'astronomie. au Département des sciences astrophysiques de l'Université de Princeton dans le New Jersey.
"Nous ne connaissons même pas les lois de la physique qui auraient existé dans un environnement aussi chaud et dense", a déclaré Bahcall à Live Science.
Environ 100 secondes après le Big Bang, la température a chuté à 1 milliard de degrés Kelvin encore bouillonnant. Environ 380 000 ans plus tard, l'univers s'était suffisamment refroidi pour que les protons et les neutrons se réunissent et forment le lithium, l'hélium et le deutérium isotopique de l'hydrogène, tandis que les électrons libres étaient piégés pour former des atomes neutres.
Parce qu'il y avait tellement de protons qui circulaient dans le premier univers, l'hydrogène - l'élément le plus léger, avec un seul proton et un neutron - est devenu l'élément le plus abondant, représentant près de 95% pour cent des atomes de l'univers. Selon la NASA, près de 5% des atomes de l'univers sont de l'hélium. Puis, environ 200 millions d'années après le Big Bang, les premières étoiles se sont formées et ont produit le reste des éléments, qui constituent une fraction du 1% restant de toute la matière ordinaire de l'univers.
Particules invisibles
Quelque chose d'autre a été créé pendant le Big Bang: la matière noire. "Mais nous ne pouvons pas dire quelle forme cela a pris, car nous n'avons pas détecté ces particules", a déclaré Bahcall à Live Science.
La matière noire ne peut pas être observée directement - pour l'instant - mais ses empreintes digitales sont préservées dans la première lumière de l'univers, ou le rayonnement de fond micro-ondes cosmique (CMB), sous forme de minuscules fluctuations de rayonnement, a déclaré Bahcall. Les scientifiques ont d'abord proposé l'existence de la matière noire dans les années 1930, théorisant que l'attraction invisible de la matière noire devait être ce qui maintenait les amas de galaxies en mouvement rapide. Des décennies plus tard, dans les années 1970, l'astronome américaine Vera Rubin a trouvé des preuves plus indirectes de la matière noire dans les taux de rotation des étoiles plus rapides que prévu.
Sur la base des découvertes de Rubin, les astrophysiciens ont calculé que la matière noire - même si elle ne pouvait pas être vue ou mesurée - devait constituer une partie importante de l'univers. Mais il y a environ 20 ans, les scientifiques ont découvert que l'univers contenait quelque chose d'encore plus étrange que la matière noire; l'énergie sombre, qui est considérée comme beaucoup plus abondante que la matière ou la matière noire.
Une force irrésistible
La découverte de l'énergie noire est venue parce que les scientifiques se sont demandé s'il y avait suffisamment de matière noire dans l'univers pour provoquer une expansion ou une inversion de la direction, provoquant l'effondrement de l'univers sur lui-même.
Et voilà, lorsqu'une équipe de chercheurs a enquêté à ce sujet à la fin des années 1990, ils ont découvert que non seulement l'univers ne s'effondrait pas sur lui-même, mais qu'il s'étendait vers l'extérieur à un rythme toujours plus rapide. Le groupe a déterminé qu'une force inconnue - appelée énergie sombre - poussait contre l'univers dans le vide apparent de l'espace et accélérait son élan; les découvertes des scientifiques ont valu aux physiciens Adam Riess, Brian Schmidt et Saul Perlmutter le prix Nobel de physique en 2011.
Les modèles de la force requise pour expliquer l'accélération du taux d'expansion de l'univers suggèrent que l'énergie sombre doit représenter entre 70% et 75% de l'univers. La matière noire, quant à elle, représente environ 20 à 25%, tandis que la soi-disant matière ordinaire - ce que nous pouvons réellement voir - représenterait moins de 5% de l'univers, a déclaré Bahcall.
Considérant que l'énergie sombre représente environ les trois quarts de l'univers, comprendre qu'elle est sans doute le plus grand défi auquel sont confrontés les scientifiques aujourd'hui, a déclaré l'astrophysicien Mario Livio, puis avec le Space Telescope Science Institute à l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland, sur le site sœur de Live Science. Space.com en 2018.
"Bien que l'énergie sombre n'ait pas joué un rôle énorme dans l'évolution de l'univers dans le passé, elle jouera le rôle dominant dans l'évolution à l'avenir", a déclaré Livio. "Le sort de l'univers dépend de la nature de l'énergie noire."
