Découplage du rayonnement

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Avant la recombinaison, le libre parcours moyen des photons (en rouge) est très faible : ils sont diffusés par la « brume d'électrons »[1] libres (en bleu).
Après la recombinaison de l'hydrogène, la très grande majorité de la matière devient neutre et il n'y a à peu près plus d'électrons libres diffusant les photons.

En cosmologie, le découplage du rayonnement représente l'époque où l'Univers est devenu transparent au rayonnement électromagnétique, celui-ci n'interagissant plus, ou n'étant plus couplé à la matière (d'où le nom).

Si l'on remonte dans le temps, aucun photon ne peut avoir voyagé librement depuis une époque antérieure au découplage du rayonnement : avant cette époque, le libre parcours moyen des photons était par définition très faible. L'époque du découplage du rayonnement représente donc l'époque la plus lointaine depuis laquelle nous pouvons recevoir un rayonnement électromagnétique. En pratique, l'époque du découplage du rayonnement correspond à celle où la densité d'électrons libres a brutalement décru, au moment où ceux-ci se sont liés aux noyaux atomiques pour former les premiers atomes, ce que l'on appelle la recombinaison. De ce fait, les termes de recombinaison et de découplage du rayonnement sont utilisés de façon interchangeable. La recombinaison et le découplage du rayonnement se sont produits environ 380 000 ans après le Big Bang, quand les distances étaient environ 1 100 fois plus petites et la température 1 100 fois plus élevée qu'aujourd'hui.

Découplage du rayonnement et fond diffus cosmologique[modifier | modifier le code]

Lors du Big Bang, l'Univers est un milieu extrêmement chaud : le rayonnement dans lequel il baigne a une température très élevée. Ce rayonnement subsiste à l'expansion de l'Univers, mais se refroidit au cours du temps, de la même façon qu'un gaz que l'on détend se refroidit. Ce rayonnement existe donc encore aujourd'hui, il est appelé fond diffus cosmologique. C'est en quelque sorte l'écho lumineux du Big Bang. Sa température est désormais extrêmement basse : 2,726 kelvins seulement. Si ce rayonnement existait dès les tout premiers instants de l'Univers, il ne se propage librement que depuis l'époque du découplage. Ainsi l'observation de ce rayonnement nous donne une sorte de photographie de l'Univers au moment du découplage, de la même façon que l'observation d'une étoile nous laisse voir sa surface (la région qui émet le rayonnement) et non son intérieur (la région qui produit le rayonnement). Cette photographie est donc la plus ancienne image que l'on puisse avoir de l'Univers (du moins dans le domaine électromagnétique). La région qui a émis ce rayonnement reçu aujourd'hui sur Terre est appelée, pour des raisons évidentes, surface de dernière diffusion. Il n'est pas possible de recevoir un rayonnement électromagnétique plus lointain, car celui-ci aurait dû être émis et aurait dû voyager librement depuis une époque antérieure au découplage.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]