Les effets de l'expansion

En vertu de la constance de la vitesse de la lumière dans le vide, regarder loin dans l'espace équivaut à remonter loin dans le temps. Ainsi, une galaxie située à cinq milliards d'années-lumière nous apparaît-elle telle qu'elle était il y a cinq milliards d'années. A quinze milliards d'années-lumière de la Terre se situe la limite de notre univers observable peuplé d'étoiles, de planètes, de galaxies, ... En un mot, de structures gravitationnelles, de matière condensée sous l'effet de sa propre gravité. De telles structures n'ont toutefois pas toujours existé. Il fut un temps en effet où la matière ne pouvait se condenser. Portée à une température trop élevée, elle était totalement ionisée. Ses constituants (électrons libres, protons et neutrons des noyaux atomiques) interagissaient constamment avec les photons environnants. La pression du rayonnement empêchait donc la matière de se condenser.

Le fond diffus cosmologique, ce rayonnement à 2,7 degrés Kelvin délimitant les contours de l'univers observable, constitue le vestige de cette époque à laquelle les électrons se sont combinés aux noyaux pour former des atomes, de la matière neutre donc. Cette époque survint un million d'années après que notre univers soit entré dans sa phase d'expansion actuelle, alors que sa température avoisinait les 4000 degrés Kelvin. Matière et rayonnement n'interagissant plus, la condensation de la matière, sa structuration en étoiles, planètes, galaxies, ... pouvait débuter.

Le fond diffus cosmologique est l'évènement observable le plus ancien. Il incarne la frontière entre l'univers de matière, transparent, et l'univers primordial, opaque. Cet univers primordial était caractérisé par une température et une densité très élevées : trop élevées pour permettre aux atomes de se constituer durant le premier million d'années (T > 4000 K) ; trop élevées pour permettre aux noyaux d'atomes les plus légers de se structurer durant les trois premières minutes de son existence (T > 1 000 000 K). L'univers primordial était donc constitué de particules élémentaires : de quarks qui, dans les toutes premières microsecondes de l'univers, s'assemblèrent en protons et neutrons pour former, lors de la phase de nucléosynthèse primordiale (3 minutes), les noyaux d'atomes de deutérium, d'hélium et de lithium ; d'électrons qui, lors du découplage matière-rayonnement (1 million d'années), se combinèrent aux noyaux d'atomes pour former la matière neutre dont la condensation produira les structures gravitationnelles peuplant notre univers de matière ; enfin, de photons et de neutrinos constituant l'énergie du rayonnement.

Cet univers primordial décrit par les modèles de big bang possède donc les caractéristiques nécessaires à la structuration progressive de notre univers de matière et à l'apparition de la vie sur Terre. De même, l'univers primordial des anciens Egyptiens : cet océan primordial qu'ils désignaient sous l'appellation de Noun et décrivaient comme un immense réservoir d'énergie créatrice préexistant à tout être, à toute chose de l'univers créé.