Pourquoi l'univers est-il encore aux trois quarts fait d'hydrogène ?
Un scientifique a ajouté le nom d'un ami à un article de 1948 juste pour épeler « alpha, bêta, gamma », et cet ami a fini par vraiment travailler sur la théorie.
▶ Lancer l'histoireL'univers est encore aux trois quarts fait d'hydrogène à cause de ce qui s'est passé pendant ses vingt premières minutes environ. À ce moment-là, l'univers entier était assez chaud et dense pour la fusion nucléaire. Protons et neutrons ont fusionné pour former les tout premiers noyaux atomiques. C'est ce qu'on appelle la nucléosynthèse primordiale.
De quoi la matière ordinaire est faite après le Big Bang
% de la masse
| Abondance | |
|---|---|
| Hydrogène | 75 % de la masse |
| Hélium-4 | 25 % de la masse |
| Autres (deutérium, lithium...) | 0,01 % de la masse |
Tout s'est joué sur un manque de neutrons. En refroidissant, l'univers a vu beaucoup de neutrons se désintégrer en protons, jusqu'à ce qu'il reste environ un neutron pour sept protons. Presque tous les neutrons ont fini enfermés dans de l'hélium 4, un noyau très difficile à briser. Les protons restés sans partenaire sont restés seuls : ce sont des noyaux d'hydrogène. Fais le compte, et tu obtiens environ 75 % d'hydrogène et 25 % d'hélium en masse. Puis l'expansion a tout dilué et la fusion s'est arrêtée. Tout ce qui est plus lourd est venu plus tard, des étoiles.
L'idée remonte à George Gamow, dans les années 1940. Son doctorant Ralph Alpher a fait les calculs détaillés, publiés en 1948. Cet article est célèbre pour une blague. Gamow a ajouté son ami Hans Bethe comme auteur, pour que la liste se lise Alpher, Bethe, Gamow, comme alpha, bêta, gamma. Bethe n'a pas protesté, et a ensuite vraiment travaillé sur la théorie. Alpher, alors simple doctorant, trouvait que ce nom célèbre éclipsait son propre travail, et il en gardait encore du ressentiment en 1999.
La théorie marche bien pour l'hydrogène et l'hélium, qui forment plus de 99 % de la matière ordinaire. Mais elle ne peut pas aller beaucoup plus loin, car aucun noyau stable n'a une masse de 5 ou 8. Il reste un fil à tirer : la théorie prédit environ trois fois plus de lithium 7 que ce que les astronomes trouvent dans les plus vieilles étoiles. Ce problème du lithium n'est toujours pas résolu.
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Récap
L'univers est encore surtout fait d'hydrogène et d'hélium parce que presque tout a fusionné dans les vingt premières minutes après le Big Bang ; tout ce qui est plus lourd vient des étoiles, bien plus tard.
Le fait surprenant · Le physicien George Gamow a ajouté le nom de Hans Bethe à un article de 1948 en jeu de mots sur « alpha, bêta, gamma », et Bethe a fini par mener de vraies recherches sur la théorie ensuite.
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Sources (3)
Pas de source, pas d'affirmation. Chacun des 13 faits de cette leçon renvoie à au moins une de ces sources.