Notes sur le phénomène du Big Bang: la nucléosynthèse primordiale, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur le phénomène du Big Bang: la nucléosynthèse primordiale, Notes de Astronomie

PDF (103.3 KB)
2 pages
142Numéro de visites
Description
Notes d'astronomie sur le phénomène du Big Bang: la nucléosynthèse primordiale. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: la disparition des électrons, La composition de l'Univers.
20points
Points de téléchargement necessaire pour télécharger
ce document
Télécharger le document

Phénomène du Big Bang :

Nucléosynthèse primordiale

Avec la disparition des électrons et de leurs antiparticules, commence l'ère du rayonnement.

L'Univers est maintenant dominé par les photons. La température, toujours en baisse, atteint le

milliard de kelvins lorsque l'Univers est âgé d'une centaine de secondes. C'est à ce moment que

se produit l'une des étapes les plus importantes, la nucléosynthèse primordiale, la formation de

noyaux à partir des protons et neutrons qui étaient jusque là libres.

Sous l'effet de la force nucléaire forte, protons et neutrons ont tendance à vouloir s'associer

pour former des noyaux atomiques simples comme le deutérium, l'association d'un proton et

d'un neutron. Mais tant que les photons sont suffisamment énergétiques pour casser les

liaisons ainsi créées, ces regroupements ne sont pas stables. L'Univers voit ainsi une succession

de créations et de dissociations de noyaux simples. Mais, lorsque la température de l'Univers

descend sous le milliard de kelvins, les photons deviennent trop peu énergétiques pour casser

la liaison interne des noyaux qui se forment. A partir de ce moment, les fusions successives

donnent naissance à des structures de plus en plus complexes : deutérium, hélium-3, avec

deux protons et un neutron, et hélium-4, avec deux protons et deux neutrons.

La complexification n'ira cependant pas plus loin. En effet, d'éventuelles collisions entre les

noyaux les plus légers peuvent en produire de plus lourds, contenant entre 5 et 8 constituants.

Mais tous les noyaux susceptibles d'être ainsi créés sont instables et se désintègrent

rapidement. L'instabilité de ces éléments stoppe ainsi le processus de complexification des

noyaux et empêche en particulier la création d'éléments plus lourds comme le carbone ou

l'oxygène.

Il faut ajouter à ce problème le fait que, puisque l'Univers est en expansion rapide, les

conditions qui rendent la nucléosynthèse possible ne sont réunies que pendant un temps très

court. Ainsi, la production de noyaux s'arrête aux éléments les plus légers, l'hélium-4 et

quelques traces de deutérium, d'hélium-3 et de lithium-7. Il faudra attendre l'arrivée

des premières étoiles pour voir des éléments plus complexes faire leur apparition.

La composition de l'Univers

Les deux éléments principaux à la fin de la nucléosynthèse primordiale sont donc l'hydrogène -

les protons - et l'hélium-4. Leur abondance relative est directement liée à la proportion de

neutrons et de protons juste avant cette période. Or, nous avons vu précédemment que cette

proportion changeait rapidement en faveur des protons du fait de l'instabilité des neutrons.

Ainsi, lorsque la nucléosynthèse commence, il n'y a plus que deux neutrons pour environ 14

protons. Si vous voulez former un noyau d'hélium, il faut deux protons et deux neutrons, ce qui

vous laisse 12 protons. En conséquence, la nucléosynthèse primordiale conduit à une

proportion de l'ordre d'un noyau d'hélium pour 12 protons. Si l'on considère plutôt la masse de

ces éléments, l'Univers se retrouve composé de 25 pour cent d'hélium et 75 pour cent

d'hydrogène, puisqu'un noyau d'hélium est quatre fois plus lourd qu'un proton ou un neutron.

Cette proportion de 25 pour cent est le résultat de calculs théoriques s'appuyant sur la

physique nucléaire et sur la physique des particules. Encore faut-il comparer cette valeur à la

proportion réelle, celle que les observations astronomiques peuvent nous indiquer. De

nombreuses mesures du rapport hélium sur hydrogène ont ainsi été tentées, par exemple dans

des galaxies très anciennes ou des amas globulaires de notre Galaxie. Elles donnent toutes des

résultats cohérents avec le rapport de masse de un à trois prévu par la théorie. Ainsi, les

mesures d'abondance dans l'Univers sont en parfait accord avec la description théorique de la

nucléosynthèse primordiale dans le cadre de la théorie du Big Bang. Cela constitue un succès

éclatant pour cette théorie et l'un des principaux arguments en sa faveur.

commentaires (0)
Aucun commentaire n'a été pas fait
Écrire ton premier commentaire
Ceci c'est un aperçu avant impression
Chercher dans l'extrait du document
Docsity n'est pas optimisée pour le navigateur que vous utilisez. Passez à Google Chrome, Firefox, Internet Explorer ou Safari 9+! Téléchargez Google Chrome