La recombinaison est l’époque où, environ 380 000 ans après le Big Bang, la température de l’Univers a chuté en dessous de 3000 K. Les électrons libres ont alors pu se lier aux noyaux de protons pour former des atomes d’hydrogène neutre. Ce processus a permis aux photons, jusque-là piégés dans un plasma opaque, de voyager librement : l’Univers est devenu transparent.
N.B. : L’hydrogène neutre correspond à un atome d’hydrogène dont le proton est lié à un électron, sans être ionisé. Ce gaz, noté H I, est le constituant dominant de l’Univers après la recombinaison. Son abondance et sa répartition peuvent être étudiées grâce à l’émission dite « à 21 cm », issue d’une transition hyperfine de l’électron dans l’état fondamental. À ne pas confondre avec la raie Lyman-α (121,6 nm), qui correspond à une transition électronique entre les niveaux \(n=2\) et \(n=1\).
Ce moment a marqué la libération du fond diffus cosmologique (CMB), observé pour la première fois par Arno Penzias (1933-2024) et Robert Wilson (1936-) en 1965. La recombinaison ne fut pas instantanée mais progressive, étalée sur plusieurs dizaines de milliers d’années.
La recombinaison nous permet aujourd’hui de sonder l’Univers jeune. Les petites fluctuations de température du CMB, mesurées par les satellites COBE, WMAP et Planck, sont directement liées aux anisotropies présentes à ce moment. Elles constituent une mine d’informations sur la densité de matière, la géométrie de l’Univers et les conditions initiales de la formation des galaxies.
N.B. : Les anisotropies du fond diffus cosmologique désignent les minuscules variations de température (≈ 10-5) observées dans le rayonnement fossile. Elles reflètent des différences locales de densité et de vitesse dans le plasma primordial, avant la recombinaison. Ces inhomogénéités ont servi de germes gravitationnels pour la formation des galaxies et des grandes structures. Leur cartographie précise, constitue une des preuves les plus fines du modèle du Big Bang.
Événement | Période (temps après Big Bang) | Conséquence physique | Commentaire |
---|---|---|---|
Formation des atomes d’hydrogène | ≈ 380 000 ans | Neutralisation du plasma | Les électrons se lient aux protons |
Découplage des photons | ≈ 380 000 - 400 000 ans | Lumière libre de circuler | Origine du fond diffus cosmologique |
Observation du CMB par COBE | 1992 (satellite COBE) | Détection des anisotropies | Confirmation de la théorie du Big Bang |
Cartographie haute précision | 2003 (WMAP), 2009-2013 (Planck) | Mesure fine des fluctuations | Données cosmologiques les plus précises à ce jour |
Sources : Saha, Physical Review 1931, Penzias & Wilson, ApJ 1965, NASA COBE mission, ESA Planck mission.
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