Lorsque la Nasa a lancé le télescope spatial James Webb le jour de Noël l’année dernière, son objectif était de faire la lumière sur les merveilles de l’univers. Il tient cette promesse : depuis l’été, nous avons eu un flux constant d’images époustouflantes d’étoiles mourantes, de planètes lointaines et de galaxies en collision.
Les chercheurs s’attendaient à ce que les données du télescope soutiennent la théorie du Big Bang. Mais il a capturé des images si lointaines dans le temps, révélant l’existence de galaxies si anciennes, que les origines mêmes de l’univers ont plutôt été remises en question.
“Je me retrouve allongé éveillé à trois heures du matin à me demander si tout ce que j’ai jamais fait est mal”, a déclaré Allison Kirkpatrick, astronome à l’Université du Kansas, après avoir vu les premières images du télescope James Webb. Elle n’est pas seule. Des sentiments similaires ont été repris par des gens avec une hache à broyer au sujet de la théorie du Big Bang. En particulier, le “scientifique indépendant” Eric Lerner, qui a longtemps plaidé pour un modèle alternatif de cosmologie, a écrit en août un article intitulé “Le Big Bang n’a pas eu lieu”. Son article est devenu viral.
Entre autres choses, Lerner affirme que les galaxies capturées par le télescope James Webb sont trop anciennes et trop nombreuses pour être compatibles avec l’hypothèse du Big Bang au motif qu’il est impossible que des galaxies aussi grandes que la Voie lactée se forment en seulement quelques centaines de millions d’années. Les preuves, dit-il, indiquent un univers non en expansion, et non en expansion.
Cela signifierait de gros problèmes pour la théorie du Big Bang si elle était vraie, mais la vérité est plus intéressante que le battage médiatique. Le Big Bang (qui a eu lieu il y a près de 13,8 milliards d’années) n’a pas été démenti par le télescope James Webb. Au lieu de cela, ses images ont donné aux scientifiques une chance de repenser l’évolution du cosmos.
L’une des idées fausses les plus courantes sur la théorie du Big Bang concerne sa définition même. Plutôt qu’une théorie de l’origine de l’univers, c’est une théorie de ce qui se passe après le moment de la création (si tant est qu’il y en ait eu un).
Pendant la majeure partie des 2 500 dernières années, l’univers était considéré comme intemporel et immuable. Les étoiles scintillaient à jamais. Ils ne sont pas nés. Ils n’ont pas évolué. Ils ne sont pas morts. Ils n’ont même pas changé leurs positions dans l’espace les uns par rapport aux autres.
L’aube de l’astronomie moderne est venue et est partie. Bien que les croyances autour du mouvement des étoiles aient changé et qu’il ait été entendu que des détails locaux pouvaient être modifiés dans n’importe quel coin aléatoire du cosmos, l’univers, dans son ensemble, était considéré comme immuable en permanence. Même Albert Einstein supposait que l’univers d’aujourd’hui devait ressembler à l’univers il y a mille milliards d’années dans le passé et dans le futur.
Puis, en 1928, les découvertes d’un astronome américain font vaciller cette caution. Les données du télescope d’Edwin Hubble semblaient montrer que les galaxies se précipitaient en fait toutes les unes contre les autres, s’évitant comme si elles avaient la peste. L’astronome jésuite Georges Lemaître a tiré une conclusion différente des observations de Hubble. Il pensait que la théorie de la relativité générale d’Einstein pouvait être utilisée pour montrer que les galaxies ne s’éloignaient pas dans l’espace. Au contraire, c’était l’espace lui-même qui s’étendait et les galaxies étaient tout simplement entraînées avec lui.
Lemaître a noté que l’univers peut avoir existé dans un état de pré-expansion. Il a décrit cet état de l’univers comme un « atome primitif », existant depuis des éternités incommensurables avant d’être mis en mouvement d’une manière ou d’une autre.
Des théories alternatives ont été lancées par des astronomes désireux de ressusciter une image “intemporelle” du cosmos. Cela comprenait un modèle de Fred Hoyle, un astronome britannique, qui a ridiculisé l’idée que l’expansion de l’univers a commencé d’un seul coup, dans ce qu’il a inventé avec dérision “un big bang”.
Puis, en 1964, une découverte vraiment révolutionnaire a été faite. Deux astronomes, Robert Wilson et Arno Penzias, utilisaient un radiotélescope conçu pour examiner les communications par satellite. Ils ont rencontré un phénomène étrange : lorsqu’ils ont dirigé leur télescope vers n’importe quel point du ciel, ils ont trouvé un signal micro-onde étrangement persistant. Il n’y avait aucun point dans le ciel d’où ce signal n’émanait.
Ils ont commencé à examiner de près l’idée que l’univers avait été très différent dans le passé qu’il ne l’était maintenant. C’était sous-entendu par l’idée de Lemaître et avait été repris au début des années 1950 par deux physiciens, Ralph Alpher et George Gamow. Alpher et Gamow construisaient un modèle d’histoire cosmique où l’univers a commencé dans un état incroyablement chaud et dense.
Les modèles de Gamow ont prédit que, environ 300 000 ans après le début de l’expansion de l’univers, l’espace se remplissait d’un type particulier de rayonnement électromagnétique lorsque les particules de matière se refroidissaient et modifiaient leurs interactions. Non seulement cela, ce rayonnement persisterait pour toujours, une sorte de «lumière fossile».
Et c’est cette “lumière fossile” que Wilson et Penzias ont détectée par inadvertance dans leur radiotélescope. Toutes les pièces du puzzle s’emboîtaient parfaitement. Wilson et Penzias avaient fait une percée insurmontable. L’univers a bien eu une histoire. Il s’était autrefois développé à partir d’un type d ‘«atome primitif», et il avait continué à se développer depuis. Ce faisant, il avait laissé derrière lui des émissions électromagnétiques traçables, qui polluaient silencieusement le ciel, aiguillonnant de manière invisible des chercheurs désespérés, attendant d’être découverts par une technologie suffisamment avancée.
Cette découverte – connue dans les cercles scientifiques sous le nom de « rayonnement de fond cosmique des micro-ondes » – a établi la cosmologie en tant que science et la théorie du Big Bang comme fondement de toutes les explorations de l’évolution cosmique. Depuis lors, les observations ont confirmé sa véracité et plus de détails ont étoffé la théorie. Et avec ceux-ci, le télescope James Webb entre dans l’histoire.
Pour être une théorie réussie de l’évolution cosmique, le Big Bang doit expliquer tous les aspects de la façon dont nous sommes passés d’hier à aujourd’hui. Comment cette transition s’est-elle produite ? Quand et comment le cosmos a-t-il commencé à former toutes les structures que nous voyons aujourd’hui ? Quand les premières étoiles se sont-elles formées ? Et quand les premières galaxies se sont-elles formées ? En utilisant des superordinateurs toujours plus puissants pour simuler l’histoire cosmique et des télescopes toujours plus grands pour tester les résultats de ces simulations, les chercheurs ont développé une histoire remarquablement complète.
L’un des aspects les plus importants de cette histoire est la façon dont les étoiles et les trous noirs ont commencé à se former avant les galaxies. L’explication de ceci est appelée « formation de structure hiérarchique », une sous-théorie, si vous voulez, du Big Bang. Les petites structures, comme les étoiles, se forment d’abord, dit-il, qui se rassemblent ensuite pour former des structures plus grandes comme les galaxies. De nombreuses prédictions de cette sous-théorie ont été confirmées par le télescope spatial Hubble, qui pourrait remonter à l’ère de la formation des galaxies. Mais le télescope de Hubble avait des limites et les astronomes devaient reculer encore plus loin dans le temps.
Puis cette année est arrivé le télescope James Webb, construit pour voir la première génération d’étoiles émerger quelques centaines de millions d’années seulement après le début de l’expansion cosmique. Des astronomes enthousiastes ont regardé et attendu que le télescope confirme leurs prédictions. Et puis ça n’a pas marché.
Au lieu de montrer la formation de quelques petites étoiles seulement, ce qui satisferait la chronologie de la théorie de la formation de la structure hiérarchique, le télescope a révélé une anomalie. Des galaxies entières avaient existé bien avant qu’on s’y attende. Qu’est-ce que cela signifiait pour l’histoire de l’univers, alors ?
Quand Allison Kirkpatrick s’est demandé si “tout ce que j’ai fait est mal”, elle faisait référence à cette sous-théorie, celle de la formation des galaxies. D’une manière ou d’une autre, l’univers construit des galaxies plus tôt et plus rapidement que ne le prédisent nos théories. C’est comme aller dans une crèche pour rendre visite à votre nouveau-né et trouver une salle remplie d’adolescents. Dérangeant, c’est le moins qu’on puisse dire.
Mais c’est aussi une excellente nouvelle. C’est ce qui devrait arriver en science. De nouvelles données devraient remettre en question nos théories et nous obliger à affronter de fausses hypothèses que nous ne savions même pas avoir faites. Le télescope James Webb a fait cela pour les cosmologistes. Et, à mesure que de plus en plus de données affluent, il y aura sans aucun doute beaucoup de nuits blanches et heureuses alors que les scientifiques essaient de comprendre exactement ce que le télescope leur dit sur le cosmos primitif.
Est-ce que tout cela défie le Big Bang lui-même ? Pas même par le plus petit éclat. Si nous savons que le Big Bang signifie l’idée que l’univers a commencé dans un état lisse, chaud et dense qui a été mis en expansion, ce qui a conduit à une évolution de la structure, alors non, le Big Bang n’a pas été réfuté. Si quoi que ce soit, il est prouvé que la caractéristique la plus fondamentale de la théorie : l’évolution cosmique. Les résultats du télescope James Webb renforcent l’idée que l’univers a une histoire et, plus important encore, que nous apprenons en quelque sorte à la raconter.
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