Comprendre la découverte sur le Big Bang en trois étapes

Des scientifiques ont observé les premières secousses du Big Bang, ou plutôt leur écho. Francetv info vous aide à comprendre cette avancée majeure pour la physique et pour la science, prédite il y a un siècle par Einstein. 

Infographie représentant de l\'expansion de l\'univers. 
Infographie représentant de l'expansion de l'univers.  (NASA / WMAP SCIENCE TEAM)

Un "écho" de l'expansion de l'univers peu après le Big Bang. Des physiciens américains ont annoncé, lundi 17 mars, avoir détecté directement des ondes gravitationnelles primordiales, les toutes premières secousses du Big Bang qui a marqué la naissance de l'Univers il y a 14 milliards d'années. En clair, ces chercheurs du Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian (Massachusetts, Etats-Unis) ont "vu" les premiers instants de notre univers.

Un résultat majeur, mais pas forcément facile à appréhender pour qui ne s'est pas plongé dans les délices de la physique quantique. Francetv info vous aide à y voir plus clair.

Ce qu'a vraiment été le Big Bang

Pour bien comprendre la portée de cette découverte, il faut avoir en tête ce que l'on sait désormais du Big Bang. Contrairement à ce que l'on pourrait penser, ce n'est pas une explosion. Dans les tout premiers instants de l'Univers, il s'est plutôt produit "une croissance gigantesque de l'espace", explique à francetv info Cécile Renault, astrophysicienne, chercheuse au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie, à Grenoble (Isère). Une expansion du cosmos qui est exponentielle. C'est ce que l'on appelle l'inflation cosmique, théorie élaborée dans les années 1980, selon laquelle l'Univers a connu à ses débuts une expansion rapide et puissante.

"Plat et homogène au départ, l'Univers se dilate tellement que des grumeaux se forment, puis de la matière qui vient remplir des petits puits formés par cette expansion énorme. La gravité fera ensuite grandir ces puits et on arrive aux galaxies, aux amas de galaxies que l'on voit aujourd'hui, près de 14 milliards d'années plus tard", indique la scientifique. 

Il existe une trace de ces premiers instants de l'univers : les ondes gravitationnelles. L'analogie d'un caillou lancé dans la mare est souvent utilisée : à la surface de l'eau se produit un gros flop, suivi d'une série de vaguelettes concentriques. Dans le cas du Big Bang, ces vagues, ce sont les ondes gravitationnelles. Ces ondes gravitationnelles primordiales ont été décrites par la théorie de la relativité d'Albert Einstein il y a un siècle, mais aussi dans la théorie de l'inflation cosmique, formalisée dans les années 1980. Traquées depuis plusieurs décennies par les scientifiques, elles restaient au stade théorique.

Ce qu'ont découvert les scientifiques américains

C'est l'avancée majeure qui vient de se produire : les chercheurs du Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian sont parvenus à observer des ondes gravitationnelles générées lors du début de l'Univers, comme un écho de ce moment décisif. Ces ondes ont été détectées par un télescope, Bicep2, installé au pôle Sud. 

Pourquoi le pôle Sud ? "C'est l'endroit sur Terre le plus proche de l'espace où le ciel est le plus sec, le plus clair et le plus stable, expliquent les auteurs de l'étude. C'est idéal pour observer les micro-ondes diffuses provenant du Big Bang."

"La théorie puis l'expérimentation ont permis de prédire ces ondes gravitationnelles. Avec cette découverte, on peut désormais les voir pour la première fois", s'enthousiasme Cécile Renault. "C'est une magnifique mesure obtenue en observant un petit bout du ciel pendant trois saisons avec plus de 500 détecteurs", précise l'astrophysicienne. 

Ce que l'on peut attendre de cette découverte

"Non seulement ces résultats sont la preuve irréfutable de l'inflation cosmique, mais ils nous informent aussi du moment de cette expansion rapide de l'Univers et de la puissance de ce phénomène", explique  le physicien théoricien Avi Loeb, de l'université de Harvard, membre de l'équipe de recherche. 

Concrètement, si cette découverte est confirmée, nous en saurions plus sur les premiers instants de notre Univers, la formation des galaxies, des planètes, des étoiles... "Nous passerions de l'état d'un modèle scientifique à la réalité. Nos connaissances en physique auraient fait un véritable bond", estime Cécile Renault. L'astrophysicienne rappelle toutefois qu'une découverte de cette ampleur appelle à la prudence. "Elle reste à être validée, note-t-elle. Pour elle, "d'autres expériences, notamment grâce au satellite Planck ou en ballon, pourront permettre de faire des progrès considérables dans la physique de l'Univers primordial."

Si elle est avérée, cette découverte permettrait aussi de faire le lien entre deux champs de la physique : les données recueillies confirment en effet "la relation profonde entre la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale", expliquent les astrophysiciens à l'origine de l'étude.

C'est-à-dire ? La physique quantique, qui a permis d'élaborer le modèle de l'inflation, décrit des phénomènes à l'échelle atomique que la relativité générale d'Einstein (échelle macroscopique) ne peut expliquer. Les ondes gravitationnelles font le lien entre les deux. Reste à les expliquer... Pour cela, il faudra d'autres découvertes car tout est encore au stade de l'hypothèse. Slate.fr cite par exemple le "graviton", une particule élémentaire qui expliquerait la formation de ces ondes, mais qui n'est aujourd'hui qu'une particule "hypothétique".