Probleme de l'horizon

Le problème de l'horizon a été pendant longtemps un casse-tête de la cosmologie, dont il est aujourd'hui communément admis que la solution est offerte par le paradigme de l'inflation cosmique. Un paradoxe apparent se posait: comment rendre compatible l'observation du fond diffus cosmologique qui indique qu'à très grande échelle l'univers est homogène et isotrope avec la contrainte issue de la relativité indiquant que certaines régions de l'univers sont si éloignées qu'il semblerait qu'elles n'aient jamais pu échanger d'information depuis le Big Bang ?

Introduction

On sait depuis la découverte de l'expansion de l'univers que des régions aujourd'hui éloignées du cosmos étaient bien plus proches par le passé. Néanmoins, étant donné la vitesse d'expansion actuelle qui est de type loi de puissance, il semblerait que même durant la période du Big Bang certaines régions aient été causalement déconnectées du fait de la finitude de la vitesse de la lumière. Ceci signifie que bien que la vitesse de la lumière soit très grande (environ 300 000 km/s) et que l'univers soit très âgé (de l'ordre de la dizaine de milliard d'années), la lumière n'aurait pas eu le temps de parcourir la distance nécessaire pour relier de telles régions. Or puisque depuis la découverte du fond diffus cosmologique on sait que à grande échelle l'univers est avec une grande précision (de l'ordre de 10 ^{− 5}) homogène et isotrope, il est nécessaire de trouver un mécanisme par lequel ces régions apparemment déconnectées du point de vue de la relativité aient pu échanger de l'information à une certaine période de sorte qu'elle puissent apparaître semblables aujourd'hui.

Un mécanisme offrant une telle possibilité a été offert par le modèle d'inflation cosmique. Il consiste à supposer que peu après le Big Bang toute la matière observée aujourd'hui était située dans une petite région de sorte qu'il est raisonnable de supposer que celle-ci ait été homogène et isotrope puis que l'univers a subi une période d'expansion exponentielle qui a éloigné très rapidement les différents constituants de cette zone.

Horizon cosmique

Objets trop lointains

A la base, le problème de l'horizon fut découvert presque par hasard : les astronomes se sont rendu compte que les galaxies semblaient être légèrement trop lointaines (et du coup trop jeunes)^[1] par rapport à l'âge de l'univers (du moins, la lumière qui nous en parvient). Selon la loi de Hubble, plus une galaxie s'éloigne de nous, plus elle s'éloigne vite. Cela voudrait donc dire que les galaxies devraient être légèrement plus proches si l'on en croit les calculs. La question est de savoir ce qui a poussé ces galaxies plus loin qu'elle ne le devraient. La réponse ne se trouve pas dans le présent, mais plutôt dans les tout premiers instants de l'univers.

Cosmologie inflationnaire

L'inflation cosmique, ou inflation tout court, apporte une solution à ce problème. Durant les tous premiers instants de l'univers, juste après l'Ère de Planck, l'univers aurait grandi subitement, une brève poussée d'accélération. Tout ce temps avant l'inflation, des régions encore toutes proches dans l'univers (cf Expansion de l'univers), ont eu "tout leur temps", pour s'échanger leurs propriétés (comme la température par exemple). Juste après cela, l'inflation eut lieu et des zones alors très proches furent subitement écartées les unes des autres.

Légende

Schéma représentant quelques points-clés de l'évolution de notre univers.Légende (échelle de temps non respectée) : # Big Bang # Inflation cosmique # Nucléosynthèse # Formation des galaxies

Selon le schéma, pendant un temps très bref, l'univers s'est agrandi de façon significative. Le point "big-bang", par souci de clarté, a été agrandi. Dans la réalité, cette phase ne dure pas plus longtemps que l'ère de Planck, située juste avant. Néanmoins même si, par commodité de présentation, la figure semble attribuer à l'univers une origine ponctuelle, il faut bien réaliser que l'expansion de l'univers, et l'inflation en particulier, n'a pas de centre à proprement parler. L'expansion est un phénomène local qui a lieu de façon homogène en tout point de l'univers primordial. Il faut également garder à l'esprit que ce schéma est une représentation dans le temps et non dans l'espace.

Voir aussi

Notes

Articles connexes

• Horizon cosmologique
• Inflation cosmique
• Problème de la platitude
• Problème de la formation des structures

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