L`univers du big bang à nos jours - culture-patrimoine

-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
2
L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
1
AU SOMMAIRE DE L’EXPO
s ,ORIGINEDEL5NIVERS
s ,5NIVERS
s ,E"IG"ANG
s 0REMIER#HRONOMÒTRE
s ,5NIVERSGRANDIT
s ,ADÏFAITEDELANTIMATIÒRE
s ,ESPREMIERSNOYAUXATOMIQUES
s ,5NIVERSTRANSPARENT
s ,ESPREMIÒRESÏTOILES
s ,ESPREMIÒRESGALAXIES
s ,E3YSTÒME3OLAIRE
s 3OMMESNOUSSEULSDANSL5NIVERS
s ,AVENIRDEL5NIVERS
Sur cette remarquable image obtenue
avec le Télescope Spatial Hubble, chaque
détail visible est une galaxie. Il y a près
de 10 000 galaxies sur ce cliché et
chacune d’elles renferme en moyenne
100 milliards d’étoiles. Malgré tous ces
nombres vertigineux, cette photographie ne
représente qu’une infime partie de l’Univers.
(Crédit photo : NASA, ESA, S.Beckwith (STScI) and the HUDF Team)
-13,7 MILLIARDS D’ANNÉES ?
L’Univers serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années, très vraisemblablement d’une
gigantesque “explosion” primordiale, le Big Bang. Il est depuis en expansion. C’est-à-dire
qu’il grandit toujours. Le temps aurait commencé aussi à s’écouler, à partir de cet instant.
Voici l’histoire la plus extraordinaire et c’est aussi votre histoire. Savez-vous que les atomes
d’hydrogène nés quelques minutes après le Big Bang, constituent en partie votre corps ?
L’ORIGINEDE L’UNIVERS
i!UX/RIGINESDEL5NIVERSwUNEPRODUCTIONDEL%SPACEDESSCIENCESDERÏACTUALISÏEEN

-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
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L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
2
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil, auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des astéroïdes,
des comètes… Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes
à tourner autour d’autres étoiles.
-13,7 MILLIARDS D’ANNÉES
L’UNIVERS
LE GRAND BALLET COSMIQUE
$ANSCETTEEXPOSITIONVOUSPARTICIPEZÌUN
FANTASTIQUEBALLETCOSMIQUE,A4ERRENOUS
PROPULSEÌKILOMÒTRESPARSECONDEAUTOUR
DU3OLEILLEQUELFENDL%SPACEÌKILOMÒTRES
PARSECONDEAUTOURDUCENTREDELA6OIE,ACTÏE
NOTREGALAXIE#ELLECITOMBEÌSONTOURVERSLA
GALAXIED!NDROMÒDEÌKILOMÒTRESPARSECONDE
CHACUNEDESDEUXGALAXIESSEPRÏCIPITANTÌ
KILOMÒTRESPARSECONDEVERSLECENTREDU
'ROUPE,OCALLAMASDEGALAXIESAUQUELNOUS
APPARTENONS,E'ROUPE,OCALSEDÏPLACEÌ
KILOMÒTRESPARSECONDEATTIRÏPARLAGRAVITÏDE
LAMASDELA6IERGEETDESSUPERAMASDEL(YDRE
ETDU#ENTAURE,ETOUTESTATTIRÏÌKILOMÒTRES
PARSECONDEPARLEi'RAND!TTRACTEURwDONTLA
MASSEESTÏQUIVALENTEÌDESDIZAINESDEMILLIERS
DEGALAXIESETDONTLANATUREESTENCOREINCONNUE
!UNETRÒSGRANDEÏCHELLEL5NIVERSRESSEMBLERAIT
ÌUNEÏPONGE,ESSUPERAMASPOURRAIENTSERÏPARTIR
AUTOURDESPACESVIDESETSPHÏRIQUESDANSUN
5NIVERSDONTLESLIMITESSONTENCOREIMPRÏCISES
Représentation rigoureuse de la disposition de
20 millions de galaxies connues dans l’Univers.
Chaque point sur cette image correspond à
la position vraie d’une galaxie. Les zones de
regroupements de galaxies apparaissent en
jaune, contrastant ainsi avec d’immenses
zones sombres de vide.
(Crédit photo : Max-Planck-Institute for Astrophysics)
Groupe d’étoiles en formation dans
la région LH95 située dans le Grand
Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI /
AURA )-ESA/Hubble Collaboration)
,5NIVERSCESTTOUTCEQUIEXISTEDEPUISL)NlNIMENT0ETITJUSQUÌL)NlNIMENT'RAND5NESPACETRAVERSÏDELUMIÒRETISSÏ
PARLETEMPSETGRAVÏPARLAMATIÒRE
-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
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L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
3
zéro seconde
LES TROIS PREUVES DU BIG-BANG
Edwin Hubble (1889 - 1938)
(Crédit photo : Nasa)
s,AFUITEDESGALAXIES%DWIN(UBBLEASTRONOME
AMÏRICAINDÏMONTREENQUETOUTESLES
GALAXIESSÏLOIGNENTLESUNESDESAUTRESCOMME
DESRAISINSDANSUNPUDDINGQUIGONmE
%NIMAGINANTLEilLMwDELANAISSANCEDEL5NIVERS
ENARRIÒREELLESSERAPPROCHENTTOUTES#ESTUNE
PREUVEDELEXPANSIONDEL5NIVERS
s,ERAYONNEMENTFOSSILE!RNO0ENZIASET
2OBERT7ILSONPHYSICIENSAMÏRICAINSCAPTENTEN
UNiBRUITDEFONDwQUIBAIGNEL5NIVERS
#ESTLEPREMIERBRUITiAUDIBLEwUNSIGNALRADIO
ENREGISTRÏAVECUNRADIOTÏLESCOPEETPROVENANT
DEiL%XPLOSIONw/RIGINELLE
s,ACOMPOSITIONCHIMIQUEDEL5NIVERS
DHYDROGÒNEDHÏLIUMETDESAUTRES
ÏLÏMENTS,ACAPACITÏDEPRODUCTIONDHÏLIUMPAR
LESÏTOILESESTINSUFlSANTEPOURENFABRIQUERAUTANT
MÐMEENMILLIARDSDANNÏES,ASEULESOLUTION
POURCELAESTDATTEINDREDESTEMPÏRATURESDE
MILLIARDSDEDEGRÏS#ELSIUSCESTCEQUISESERAIT
PRODUITLORSDU"IG"ANG
)LESTZÏROSECONDE5NEGIGANTESQUEiEXPLOSIONwDONNENAISSANCEÌNOTRE5NIVERSILYAENVIRONMILLIARDSDANNÏES
CESTLE"IG"ANG,5NIVERSESTINlNIMENTDENSEETCHAUD,ETEMPSETLESPACESONTMÏLANGÏSDEFAONINEXTRICABLE
Au moment du Big Bang, la matière
et la lumière n’existaient pas encore.
L’explosion originelle se serait produite
dans un noir dense et un silence total.
(Crédit photo : Planétarium / Espace des sciences)
Cet évènement, appelé Théorie du Big Bang ou Modèle Standard, est aujourd’hui largement
admis par la communauté scientifique. A cet instant, l’Univers est une « purée » d’énergie
incroyablement dense et chaude. Les lois de la physique à ce moment précis sont encore
inconnues. Le Big Bang marque le début du temps et de l’espace. L’Univers va grandir et
se refroidir. Trois observations astronomiques soutiennent cette théorie :
la fuite des galaxies, le rayonnement fossile et la composition chimique de l’Univers.
LE BIG BANG

-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
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L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
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10 - 43 seconde
Le quasar 3C-273 (vu au centre de l’image à la fois aux
rayons X et dans le visible), dans la constellation de la Vierge.
C’est le premier quasar identifié, en 1965. Il se situe à deux
milliards d’années-lumière de la Voie Lactée. Les quasars
sont des objets célestes ayant l’apparence d’une étoile mais
dont le rayonnement lumineux est très intense. Leur énorme
énergie viendrait de la présence d’un trou noir dont la masse
serait équivalente à celle d’un milliard de soleils. Les plus
lointains ont été repérés à près de 13 milliards
d’années-lumière de nous.
(Crédit photo : NASA – HST / CHANDRA)
LES QUATRE FORCES
5NIESÌLORIGINEELLESSESERAIENTSÏPARÏESAU
COURSDESPREMIERSINSTANTS,ESFORCESSONTDES
iCIMENTSwQUIMAINTIENNENTLACOHÏSIONDELA
MATIÒRE%LLESSONTVÏHICULÏESPARDESPARTICULES
MÏDIATRICESLESBOSONS
La force de gravitation%LLEAGITENTREDEUX
MASSESETTENDÌLESRAPPROCHER%LLENOUS
MAINTIENTSUR4ERREETELLEESTÌLORIGINE
DELANAISSANCEDESPLANÒTESETDESGALAXIES
La force nucléaire forte%LLEMAINTIENTLESQUARKS
ULTIMESPARTICULESÏLÏMENTAIRESCONNUESÌCE
JOURLESPROTONSETLESNEUTRONSDANSLENOYAU
DESATOMES/NLUTILISEDANSLESCENTRALES
NUCLÏAIRES
La force nucléaire faible%LLEESTRESPONSABLE
DELADÏSINTÏGRATIONDECERTAINESPARTICULES
La force électromagnétique%LLEMAINTIENTLES
ÏLECTRONSAUTOURDUNOYAULIELESATOMESPOUR
FABRIQUERDESMOLÏCULES#ESTLAMIEUXCONNUE
ETLAPLUSEXPLOITÏEPARL(OMME
Après cette période appelée « temps de Planck », le temps et l’espace se présentent
sous une forme distincte. Ce temps (10-43s) est une frontière au-delà de laquelle les lois
aujourd’hui connues de la physique ne sont pas applicables.
Les quatre forces (nucléaires forte et faible, électromagnétique et de gravitation) qui
gouvernent aujourd’hui l’Univers, n’y feraient qu’une seule et même force. C’est la période
de grande unification. Avant cet instant, c’est l’énigme complète et le domaine
des croyances et de la philosophie.
PremierCHRONOMÈTRE
Les 4 forces
(Crédit : Octopode création)
#EQUENOUSSAVONSDU"IG"ANGCOMMENCEÌSECON
DE4S#ESTLEPREMIERCHRONOMÒTRECONNU!CETINSTANTLATEMPÏRATUREESTDEª#DEGRÏS#ELCIUS
SOITª#
-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
2
L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
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10-34 seconde
Albert Einstein
(Crédit photo : Planétarium Espace des Sciences / NASA / Pascal Quidault )
E = mc2
#ETTECÏLÒBREÏQUATIOND!LBERT%INSTEINPERMET
DEMIEUXCOMPRENDRECEQUISEPASSEPENDANT
LESPREMIERSINSTANTSDEL5NIVERS,ÏNERGIE%
CESTAUSSIDELAMATIÒREMETVICEVERSA/N
PEUTDONCCONVERTIRDELÏNERGIEENPARTICULES
ÏLÏMENTAIRESETCESTCEQUISEPRODUITÌLORIGINE
DEL5NIVERSCESTUNECONSTANTEÏGALEÌLA
VITESSEDELALUMIÒRESOITKMS,ES
PREMIÒRESPARTICULESQUARKSÏLECTRONSETLEURS
ANTIPARTICULESANTIQUARKSETANTIÏLECTRONSENTRENT
ENCOLLISIONSANNIHILENTPOURDONNERDESGRAINS
DELUMIÒREPHOTONS%TÌTOUTINSTANTUNPHOTON
REDONNEÌSONTOURUNCOUPLEDEPARTICULES
ANTIPARTICULES
Photographie d’environ un millier de
galaxies de type différent dans
la région de Formax.
(Crédit : NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI / AURA))
L’Univers commence à grandir. Avec la baisse de température, l’énergie de départ va donner
de la matière (et autant d’antimatière) selon la célèbre équation d’Albert Einstein
E = mc2 (E = énergie, m = matière et c = valeur constante égale à la vitesse de la lumière).
Les premières particules élémentaires se forment : quarks, électrons, photons et neutrinos.
Elles sont accompagnées de leur antiparticules : antiquarks, antiélectrons et antineutrinos
(il n’y a pas d’antiphotons) qui ont une charge électrique opposée.
L’UNIVERSGRANDIT
)LESTSETLATEMPÏRATUREESTDEª#,5NIVERSESTUNESOUPEDÏNERGIEQUISEREFROIDITETSERÏPAND
#ETTEPERTEDÏNERGIEVASETRANSFORMERENMATIÒREETANTIMATIÒRE

-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
2
L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
6
10-10 seconde
L’expérience ALICE explore les premiers instants de l’Univers, quelques micro secondes après le Big Bang, lorsque
la matière se trouvait dans son état primordial, un plasma de quarks et de gluons. (credit photo: Mona Schweizer pour le CERN)
TABLEAU DES 12 PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
La vie des premières particules et antiparticules est extrêment brève. A chaque collision,
elles s’annihilent pour devenir des grains de lumière (ou photons). Mais pour une raison
encore inconnue, un excès de matière se développe sur l’antimatière dans la proportion
d’un pour un milliard. Conséquences : des quarks (les premières particules élémentaires de
la matière) se forment et s’agglutinent pour former les premiers noyaux atomiques.
LA DÉFAITEDE L’ANTIMATIÈRE
LEPTONS
peuvent se déplacer librement QUARKS prisonniers de particules plus grandes. ils ne sont pas observés
individuellement.
1ERE FAMILLE
ELECTRON
Responsable de l’électricité et
des réactions chimiques.
Sa charge est de -1.
NEUTRINO ELECTRON
Sans charge électrique et
intéragissant rarement avec le
milieu environnant.
BAS
Sa charge électrique est -1/3.
Le Proton en contient 1, le
Neutron 2.
HAUT
Sa charge électrique est + 2/3.
Le Proton en contient 2, le
Neutron 1.
La matière ordinaire est
composée de particules de
ce groupe.
2EME FAMILLE
MUON
Un compagnon plus massif de
l’électron.
NEUTRINO MUON
Propriétés similaires à celle du
Neutrino électron.
ÉTRANGE
Un compagnon plus lourd que
du «Bas».
CHARME
Un compagnon plus lourd que
du «Haut».
Pour la plupart, ces par-
ticules étaient présentes
juste après le Big Bang.
Aujourd’hui, on ne les
trouve que dans les rayons
cosmiques et auprès des
accélérateurs.
3EME FAMILLE
TAU
Un compagnon encore plus
lourd que le Muon.
NEUTRINO TAU
Propriétés similaires à celle du
Neutrino électron.
BEAUTÉ
Un compagnon encore plus
lourd que du «Bas».
VÉRITÉ OU TOP
Hypothétique jusqu’en 1995.
Un compagnon encore plus
lourd que du «Haut».
)LESTSETLATEMPÏRATUREESTDEMILLIARDSDEDEGRÏS,5NIVERSCONTINUEDESEREFROIDIR,ESPARTICULESDEMATIÒRE
VONTSEDÏVELOPPERENEXCÒSSURLANTIMATIÒREDANSLAPROPORTIONDUNEPOURUNMILLIARD
(credit illustration et tableau : Octopode création)
-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
2
L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
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ATOMES, L’ALPHABET UNIVERSEL
)LYAQUATREVINGTDOUZEATOMESPRÏSENTSÌLÏTAT
NATURELDANSL5NIVERSETCESTAUCURDESÏTOILES
QUILSSONTFABRIQUÏSPARFUSIONDENOYAUXÌTRÒS
HAUTETEMPÏRATURE$AUTRESATOMESEXISTENT
AUSSIMAISILSSONTARTIlCIELSETFABRIQUÏSEN
LABORATOIRE!LAMORTDESÏTOILESLESNOYAUXSONT
DISPERSÏSDANSL5NIVERS)LSVONTENSUITECAPTURER
DESÏLECTRONSDANSLESNUAGESINTERSTELLAIRES5N
ATOMECESTDONCUNNOYAUCOMPOSÏDEPROTONS
ETDENEUTRONSEUXMÐMESCOMPOSÏSDEQUARKS
DESÏLECTRONSAUTOURETBEAUCOUPDEVIDE%NEFFET
SIONAGRANDISSAITUNATOMEDHYDROGÒNEÌLATAILLE
DUNSTADEDEFOOTBALLLENOYAUREPRÏSENTERAITUNE
BOÔTEDECONSERVEAUMILIEU%TCESTLESSENTIELDE
SAMASSE
!UBOUTDETROISMINUTESAPRÒSLE"IG"ANGLAFABRICATIONDESPREMIERSNOYAUXATOMIQUESHYDROGÒNEHÏLIUMETLITHIUM
CESSE,ATEMPÏRATUREÌCETINSTANTESTDEMILLIARDDEDEGRÏS
Simulation d’une collision d’ions lourds
dans le détecteur ALICE
Credit: ALICE Offline Computing/ Collaboration ALICE
3 minutes
Les protons constituent les premiers noyaux d’hydrogène. Avec les neutrons, ils forment
d’autres noyaux : l’hélium (deux protons, deux neutrons) et un peu de lithium (trois
protons, quatre neutrons). Pendant ce temps, une deuxième confrontation matière-
antimatière a lieu entre les électrons et les antiélectrons. A l’issue des nombreuses
collisions, quelques électrons survivent, un sur un milliard de collisions. L’Univers prend
corps mais reste toujours opaque. La lumière (photons) qui jaillit des milliards de chocs
entre particules et antiparticules, est arrêtée par l’épaisse couche
d’électrons libres qui se forme.
LES PREMIERS
NOYAUX ATOMIQUES
Tableau Mendeleïev
Credit: Espace des sciences

-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
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L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
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Amas d’étoiles M80 (NGC 6093) situé à
environ 28 000 années-lumière de la Terre.
Il est constitué d’étoiles parmi les plus
anciennes connues de l’Univers, estimées à
13 milliards d’années, soit moins d’un milliard
d’années après le Big Bang.
(Crédit : The Hubble Heritage Team (AURA / STScI / NASA))
LA LUMIÈRE À REMONTER LE TEMPS
,ALUMIÒREVOYAGEÌKMS!INSILORSQUE
VOUSREGARDEZLE3OLEILVOUSLEVOYEZTELQUILÏTAIT
HUITMINUTESETDIXSEPTSECONDESAUPARAVANT
#ESTLETEMPSMISPARLALUMIÒREPOURPARCOURIRLA
DISTANCE3OLEIL4ERRE0OURVENIRDELÏTOILELAPLUS
PROCHEDU3YSTÒME3OLAIRE0ROXIMADU#ENTAURE
LALUMIÒREMETQUATREANSETTROISMOIS!VECSON
TÏLESCOPELASTRONOMEREGARDELOINDANSL%SPACE
ETDANSLETEMPS%NSCRUTANTLESLIMITESCONNUES
DEL5NIVERSILOBSERVELESDÏBUTS,ESTÏLESCOPES
SONTAINSIDEMERVEILLEUSESMACHINESÌREMONTER
LETEMPS!UJOURDHUILAFRONTIÒREDOBSERVATION
SESITUEANSAPRÒSLE"IG"ANGQUAND
L5NIVERSESTDEVENUTRANSPARENT
La Voûte Céleste observée par le
satellite astronomique WMAP. C’est
la plus vieille image du monde.
Cet enregistrement a été réalisé
d’après des signaux radio de
longueurs d’ondes millimétriques du
rayonnement fossile qui baigne tout
l’Espace. C’est une véritable image
photographique de l’Univers âgé de
380 000 ans.
(Crédit photo : WMAP Science Team, NASA)
Vers 380 000 ans après le Big Bang
La baisse considérable de la température permet à chaque noyau d’hydrogène et d’hélium
de capturer des électrons. Les premiers atomes neutres apparaissent : hydrogène, hélium
et lithium. Les photons qui ne sont plus perturbés par la présence d’une importante couche
d’électrons libres, peuvent désormais voyager. Ils vont se déplacer à la vitesse de
300 000 km/s. Ils vont constituer ce qui sera pour nous la lumière ou rayonnement fossile
de l’Univers. Celle-ci sera observée pour la première fois en 1965.
L’UNIVERSTRANSPARENT
6ERSANSAPRÒSLE"IG"ANGLATEMPÏRATURECHUTEÌª#,ESNOYAUXATOMIQUESCAPTURENTLESÏLECTRONSETFOR
MENTLESPREMIERSATOMES,EDÏPLACEMENTDESPHOTONSNESTPLUSENTRAVÏ,5NIVERSDEVIENTTRANSPARENT
-13,7 MILLIARDS D'ANNÉES
L’Univers observable serait né, il y a environ 13,7 milliards d’années. Sa taille est d’au
moins 1023Km (soit un 10 suivi de 23 zéros). Il se compose d’étoiles groupées en galaxies,
elles-mêmes groupées en amas, puis en super-amas de galaxies, et séparées par du vide
interstellaire. Le nombre de galaxies est estimé à plusieurs centaines de milliards.
Huit planètes principales tournent autour de notre étoile le Soleil. Auxquelles il faut ajouter
des dizaines de satellites naturels, des planètes naines, des d’astéroïdes, des comètes…
Et nous savons maintenant qu’il existe des planètes à tourner autour d’autres étoiles.
Le grand ballet cosmique
Représentation rigoureuse de la disposi-
tion de 20 millions de galaxies connues
dans l’Univers. Chaque point sur cette
image correspond à la position vraie d’une
galaxie. Les zones de regroupements de
galaxies apparaissent en jaunes, contras-
tant ainsi avec d’immenses zones som-
bres de vide.
Debout dans cette exposition, vous participez à
un fantastique ballet cosmique. La Terre nous
propulse à 30 kilomètres par seconde autour du
Soleil, lequel fend l’Espace à 230 kilomètres par
seconde autour du centre de la Voie Lactée, notre
galaxie. Celle-ci tombe à son tour vers la galaxie
d’Andromède à 90 kilomètres par seconde
(chacune des deux galaxies se précipitant à 45
kilomètres par seconde vers le centre du Groupe
Local, l’amas de galaxies auquel nous apparte-
nons). Le Groupe Local se déplace à 600 kilomè-
tres par seconde attiré par la gravité de l’amas de
la Vierge et des superamas de l’Hydre et du Cen-
taure. Le tout est attiré à 369 kilomètres par se-
conde par le « Grand Attracteur », dont la masse
est équivalente à des dizaines de milliers de ga-
laxies et dont la nature est encore inconnue.
A une très grande échelle, l’Univers ressemblerait
à une éponge. Les superamas pourraient se répar-
tir autour d’espaces vides et sphériques dans un
Univers dont les limites sont encore imprécises.
Groupe d’étoiles en formation
dans la région LH95 située dans
le Grand Nuage de Magellan.
(Crédit photo : NASA, ESA, and
the Hubble Heritage Team
(STScI / AURA )-ESA/Hubble
Collaboration)
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L’Univers, c’est tout ce qui existe depuis l’Infiniment Petit jusqu’à l’Infiniment Grand. Un espace traversé de lumière, tissée par le temps et gravé par la matière
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Amas Abell 2125
(Crédit photo : NASA / CXC / UMASS / Q.D. Wang et Al.)
L’amas d’Abell 2125
'RÊCEAUTÏLESCOPESPATIAL#HANDRA8SENSIBLE
AURAYONNEMENT8ONAPUOBSERVERDANSLAMAS
!BELLDÏNORMESNUAGESDEGAZENTRAINDE
FUSIONNER#ESTLECASDECETTESORTEDEGRANDE
TACHEJAUNESITUÏEENHAUTÌGAUCHEDELIMAGE
#ETTESTRUCTURECOMPLEXEDEPLUSIEURSNUAGESDE
GAZDONTLESTEMPÏRATURESATTEIGNENTPLUSIEURS
MILLIONSDEDEGRÏSESTENTRAINDEDONNER
NAISSANCEÌDESMILLIARDSDÏTOILESQUIVONTENSUITE
FORMERDESCENTAINESDEGALAXIES
Le jeune Univers tout juste sorti du Big Bang est maintenant un vaste nuage de gaz
d’hydrogène (80%) et d’hélium (20%) mélangé à diverses particules plus ou moins stables.
La matière n’y est pas répartie de façon homogène ; il y a des zones plus denses que
d’autres. Par effet gravitationnel, les zones plus denses attirent la matière environnante
et grossissent progressivement. Il se forme alors d’énormes nuages de gaz très chauds
et très denses, à l’intérieur desquels des milliards d’étoiles s’allument.
Représentation artistique de la
naissance des premières étoiles de
l’Univers d’après de récentes analyses
réalisées depuis des photographies
obtenues par le Télescope
Spatial Hubble.
(Crédit photo : NASA / Adolf Shaller for STScI)
200 millions d’années après le Big Bang
LES PREMIÈRESÉTOILES
%NVIRONMILLIONSDANNÏESAPRÒSLE"IG"ANGLESTOUTESPREMIÒRESÏTOILESAPPARAISSENTPARMILLIARDSAUSEINDIMMEN
SESNUAGESDEGAZERRANTDANSL5NIVERS