Un résultat astronomique remarquable a été annoncé la semaine
dernière par une équipe internationale de chercheurs incluant
des astrophysiciens de l'Institut canadien d'astrophysique
théorique de Toronto (ICAT-CITA) et de l'Université de
Colombie-Britanique (UBC). Il s'agit de la mise en évidence
du phénomène de l'inflation - une des premières phases
évolutives de l'Univers peu après le Big Bang.

Avant d'aborder la question de l'inflation, passons en revue
le modèle dit "standard" du Big Bang. Au cours des 100 dernières
années, plusieurs scénarios plausibles ont été avancés pour
tenter d'expliquer l'origine et l'évolution de l'Univers de
manière cohérente avec les observations disponibles. Jusqu'à
tout récemment, ces observations "cosmologiques" étaient peu
nombreuses:

1) L'expansion de l'Univers mesurée par le décalage spectral
des galaxies vers le rouge (le "redshift").

2) L'abondance relative de l'hydrogène, du deutérium, de
l'hélium et du lithium.

3) La répartition spatiale des galaxies normales et des galaxies
actives (quasars, galaxies Seyfert, radio-galaxies).

4) Le rayonnement fossile cosmologique correspondant à la
température moyenne de l'Univers, soit 2,73 kelvins.

De tous les modèles proposés, celui du Big Bang apparaît
comme le plus adéquat. Il décrit de façon élégante l'évolution
de l'Univers tout en expliquant les quatre observations
cosmologiques citées plus haut.

Dans le modèle standard du Big Bang, l'Univers résulte de
l'expansion d'un petit volume d'espace-temps dont la densité
et la température initiales étaient extrêmement élevées.
L'abaissement de la température a permis aux particules
élémentaires (les quarks) de s'assembler pour former les
protons et les neutrons. Après quelques minutes, les protons
et les neutrons se associés pour créer les premiers éléments
légers (deutérium, hélium, lithium) dans une phase de
nucléosynthèse primordiale. Quelques centaines de milliers
d'années plus tard, les électrons se sont combinés aux noyaux
atomiques pour former des atomes neutres. À partir de ce moment,
le libre parcours moyen des photons est devenu suffisamment
grand pour que l'on considère que l'Univers soit devenu
transparent. Finalement, entre 400 millions et 1 milliard
d'années plus tard, les premières galaxies et les premières
étoiles sont apparues. Depuis, l'expansion de l'Univers se
poursuit, sa température et sa densité diminuent toujours.

Au cours des trois dernières décennies, le perfectionnement
des télescopes et des détecteurs a mené à des observations
plus poussées des confins de l'Univers. Entre autres, les
nouveaux sondages profonds ont permis des mesures plus précises
de la distance des galaxies, la construction de cartes détaillées
de leur répartition dans l'espace, et une meilleure connaissance
des propriétés géométriques et physiques de l'Univers.

On a ainsi découvert que la géométrie la plus adéquate pour
décrire l'Univers est celle d'Euclide - celle que nous apprenons
à l'école! En quelque sorte l'Univers n'est pas courbé comme un
ballon mais plutôt plat comme une table! De plus, les mesures
de la température moyenne de l'Univers montrent que celle-ci
est extrêmement uniforme partout dans l'espace. L'Univers est
donc très homogène et isotrope. La version standard du Big Bang
ne peut malheureusement pas expliquer l'origine de ces propriétés
ni les décrire correctement.

Une des solutions proposées pour réconcilier ces nouvelles
données avec le modèle du Big Bang est d'y ajouter un ingrédient
supplémentaire. Au début des années 1980, le cosmologiste
Alan Guth a suggéré que le taux d'expansion de l'Univers a
connu une courte période "inflationnaire" peu de temps après
le Big Bang. Cette phase d'inflation aurait augmenté la taille
de l'Univers par un facteur d'au moins 10 quadrilliards
(1 suivi de 28 zéros) pendant le premier trillionième de
seconde...! Ensuite, le taux d'expansion de l'Univers serait
redevenu plus faible, proche de ce que nous mesurons actuellement.

Pendant plusieurs années, cette version inflationnaire du
Big Bang est demeurée spéculative puisqu'il est très difficile
d'obtenir des données d'observations des phases initiales de
l'évolution de l'Univers.

Les choses ont commencé a changer récemment avec les données
recueillies par le satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), un télescope sensible au rayonnement fossile micro-onde
de l'Univers. Les premières observations, publiées il a près de
trois ans, ont montré une image correspondant à l'état de l'Univers
tel qu'il était environ 400,000 ans après sa naissance. L'image
fournit une description détaillée de la répartition de la
température (et par le fait même de la répartition de la matière)
dans tout l'Univers à cet instant. Grâce à cette image, les
chercheurs ont pu établir le contenu en matière ordinaire, matière
sombre, et énergie sombre de l'Univers.

Les nouvelles données sont le résultat de trois années
supplémentaires d'observations. Elles permettent de produire
une carte des fluctuations de la polarisation de la lumière émise
lorsque l'Univers est âgé de 400,000 ans. Ces fluctuations, de
faible amplitude, sont un reflet de la phase d'inflation du
premier trillionième de seconde. Elles représentent une des
premières confirmations observables de cette phase primordiale.

Notre compréhension de l'histoire de l'Univers apparaît plus
complète que jamais. Sur les 13.7 millards d'années de son
évolution, seul le premier trillionième de seconde nous échappe
encore...