Tout a commencé si chaud. Radiation pure, d’abord : tirée d’une impulsion primordiale maintenant perdue dans l’obscurité d’un espace-temps trop étendu, caché derrière le mur de feu qui traversait chaque femtomètre d’un cosmos naissant. Il n’y avait aucune source de lumière, aucun point d’allumage à partir duquel se propager ; c’était tout, partout, et cela grandissait partout. Le cosmos gonflait, l’espace s’échappait de lui-même, répandait la lumière sur le visage de la création jusqu’à ce que des gouttelettes se forment : la matière naquit chaude et hurlante.
Les premières particules ont traversé le plasma brûlant par vagues, les vibrations acoustiques se propageant et se heurtant. L’Univers était une mer d’ions – des protons et des électrons non appariés, avec une pincée d’hélium et d’autres noyaux légers – nés à chaud nucléaire de la fournaise englobante. L’Univers a exhalé du feu qui s’est lentement transformé en cendres atomiques. Des protons chargés positivement et des électrons négatifs se sont enroulés ensemble pour former des atomes neutres – les premiers dans l’Univers – principalement de l’hydrogène, non plus du plasma, non plus des ions, mais du gaz. Le gaz s’est refroidi. C’est devenu calme. L’Univers s’est reposé pendant 100 millions d’années.
Nous appelons la phase suivante l’âge des ténèbres. (Nous, les astronomes, sommes une espèce littérale.) La lumière du Big Bang s’estompait, s’étendant vers le spectre radio ; les premières étoiles ne s’étaient pas encore allumées. Pendant des éons, le cosmos a été rempli d’un brouillard d’hydrogène sombre, se diffusant avec l’expansion de l’Univers, sa chaleur résiduelle s’estompant.
Et encore…
Le brouillard pouvait sentir son propre poids. Lorsque les ondes de plasma tourbillonnantes se sont refroidies, elles ont laissé leurs crêtes derrière elles, imprimées dans le gaz sous forme de minuscules imperfections. Quelques atomes de plus ici; une collection légèrement plus mince là-bas. La masse d’un atome est minuscule, mais donnez-lui du temps et il trouvera ses voisins.
Le brouillard le plus épais formait des nuages ; les nuages les plus denses formaient des nœuds. Les nœuds sont devenus plus lourds, entraînant le gaz en orbite autour d’eux, tournant et s’écrasant avec une telle force que le gaz a été comprimé en allumage. Le même gaz qui était resté en sommeil pendant d’innombrables âges a été, au centre du nuage le plus serré, reconverti en un four nucléaire brûlant de chaleur. La première étoile est née : Cosmic Dawn.
Plus comme ça
Au milieu de l’épaisse brume du cosmos, des étoiles ont pris vie : de minuscules points de lumière aveuglante, brillant dans l’obscurité. Ils se sont regroupés là où les plus gros amas s’étaient rassemblés : l’âge des galaxies avait commencé.
Chaque galaxie est née dans un bassin peu profond de sa propre lumière, masquée par les nuages sombres et denses qui la formaient, comme une lumière de ville étouffée par le brouillard. Les aléas de la physique atomique font de l’hydrogène un bouclier stellaire efficace : donnez à un atome d’hydrogène un photon de lumière visible et il le consommera entièrement, faisant passer son électron à un état d’énergie plus élevé, pour ensuite éteindre la lumière dans une direction aléatoire.
Mais ce bouclier est une chose auto-limitante. La lumière des premières galaxies transportait également un rayonnement plus dur : la lumière ultraviolette, si énergétique qu’un atome d’hydrogène imprudent pouvait voir son électron non excité, mais complètement zappé. Des bulles de lumière galactique déchirant l’hydrogène ont commencé à se développer, creusant des trous dans la masse froide et silencieuse du gaz intergalactique. Pendant un milliard d’années, les bulles ont rempli le cosmos et presque tous les atomes d’hydrogène ont été déchirés en deux, laissant les protons et les électrons errer à nouveau dans l’Univers séparément – pas un feu cette fois, mais une brume diffuse et dissipante de gaz ionisé à nouveau.
Nous apprenons encore l’histoire de la façon dont les premières étoiles ont divisé l’Univers. Nous l’appelons «réionisation», et notre connaissance de celle-ci vient principalement de sa fin. Un cosmos ionisé est un cosmos transparent à la lumière visible ; alors que nous regardons à travers l’Univers, vers des galaxies dont la lumière ancienne nous vient de plus loin dans le temps, nous pouvons commencer à voir l’extinction de cette lumière, comme si nous regardions le film cosmique à l’envers – le gaz neutre épais se répand et enveloppe le galaxies jusqu’à ce qu’elles soient presque entièrement cachées.
Nous avons la chance, cependant, d’avoir des moyens de traverser le brouillard. La lumière visible peut être consommée, mais des longueurs d’onde de rayonnement plus longues – infrarouge, micro-ondes et radio – peuvent voyager sans entrave, et la lumière des étoiles est à spectre complet. Avec de nouveaux télescopes comme le télescope spatial James Webb, nous pouvons scruter l’époque de la réionisation en capturant la partie infrarouge de la lumière des galaxies. Avec les nouveaux radiotélescopes, nous pouvons faire encore mieux, en nous accordant aux basses fréquences de la lumière radio émise ou absorbée par l’hydrogène neutre lui-même.
Comprendre la réionisation, c’est connaître les premières étoiles et galaxies. Peut-être qu’un jour nous les verrons tailler leur propre linceul natal, de minuscules étincelles s’étendant sur une mer de ténèbres pour la changer, fondamentalement, pour toujours.
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