De gauche à droite depuis le Big Bang jusqu'à la fin de la réionisation, on voit les premières étoiles (first stars) créant des bulles d'hydrogène ionisé dont le front grandit dans l'hydrogène intergalactique neutre de l'époque. Selon Abraham Loeb, la vie pouvait apparaître peu de temps après la formation des premières étoiles. © Nasa, CXC, M. Weiss

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La vie existait-elle déjà 15 millions d'années après le Big Bang ?

ActualitéClassé sous :Univers , exobiologie , rayonnement fossile

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L'astrophysicien Abraham Loeb vient de publier un article original repoussant un peu les limites de ce que l'on croyait savoir au sujet des environnements pouvant permettre l'apparition de la vie. Selon les calculs du chercheur, le rayonnement fossile était assez chaud environ 15 millions d'années après le Big Bang pour que des organismes vivants puissent apparaître dans de l'eau liquide sur bien des exoplanètes, même très éloignées de leur étoile hôte.

Abraham Loeb est un brillant cosmologiste de l'université Harvard qui s'est penché, entre autres, sur la formation des premières étoiles et des premières galaxies. Il a même proposé d'étudier de possibles variations de la constante cosmologique pendant la période allant du début des âges sombres à la fin de la réionisation en utilisant la fameuse raie à 21 cm de l'hydrogène. Rappelons que les âges sombres correspondent à une époque dans l'histoire de l'univers observable qui suit celle de la recombinaison, c'est-à-dire la période où les atomes d'hydrogène et d'hélium se sont formés et le rayonnement fossile a été émis, environ 380.000 ans après le Big Bang.

Au début des âges sombres, les étoiles commencent juste à se former. Puis, au bout de quelques centaines de millions d'années, les premières étoiles dans les premières galaxies sont suffisamment nombreuses pour provoquer, avec les trous noirs massifs et les quasars, une réionisation partielle de la matière baryonique dans l'univers. De la recombinaison à notre époque, la température du rayonnement passe d'environ 3.500 K à 2,73 K. On peut d'ailleurs se servir de la loi d'évolution de cette température pour tester la théorie du Big Bang, qui prédit que celle-ci est de plus en plus élevée quand on observe loin dans le passé des systèmes physiques affectés par le rayonnement fossile.

Des exoplanètes éclairées par le rayonnement fossile

En poussant ce raisonnement jusqu'au bout, ce qu'a fait Loeb dans un article sur arxiv, il devait exister une période reculée de l'histoire du cosmos observable à laquelle la plus vieille lumière de l'univers pouvait maintenir une température compatible avec l'existence de l'eau liquide sur n'importe quelle exoplanète ou presque, si l'on exclut celles qui sont infernales parce que trop près d'une étoile. Transposé de nos jours, le rayonnement fossile rendrait donc habitables des lunes de Jupiter et de Saturne, comme Europe et Titan, et même les planètes naines de la ceinture de Kuiper.

Une vue d'artiste des premières étoiles de l'univers, qui était plus dense et chaud qu'aujourd'hui. Ces astres devaient être particulièrement massifs, avec une centaine de masses solaires, voire des dizaines de milliers selon certains. Leur temps de vie devait donc être inférieur au million d'années. © Nasa, WMap Science Team

L'idée est ingénieuse, mais elle se prête à plusieurs objections, que reconnaît d'ailleurs lui-même l'astrophysicien. Le calcul de la période pendant laquelle le cosmos était spécialement favorable à l'existence de l'eau liquide conduit à une fenêtre particulièrement étroite, de seulement quelques millions d'années, aux alentours de 15 millions d'années après le Big Bang. Or, si des planètes se sont formées à ce moment-là, il est raisonnable de penser qu'elles l'ont fait autour d'étoiles. Y avait-il déjà des étoiles seulement 15 millions d'années après le Big Bang ? Selon Loeb, la réponse est oui.

Poussons un peu plus loin le raisonnement : qui dit planète tellurique et eau liquide dit synthèse de noyaux lourds, plus précisément le carbone, le silicium et l'oxygène. Et là, bien que Loeb évoque très succinctement cette question, on a du mal à croire que les premières étoiles ont eu suffisamment de temps pour synthétiser de grandes quantités de ces éléments et les disperser dans le milieu interstellaire en explosant sous forme de supernovae.

Exobiologie pour la science-fiction

En tout état de cause, et bien que les conditions qui régnaient alors dans l'univers soient différentes de celles que l'on connaît aujourd'hui, on estime qu'il a fallu de quelques dizaines à 100 millions d'années pour que les planètes rocheuses se forment dans le Système solaire, et le processus d'accrétion avec des impacts destructeurs de petits corps célestes n'a pas cessé brusquement au bout de la première centaine de millions d'années.

Toutes ces raisons (temps de synthèse des éléments lourds et temps d'apparition d'une planète rocheuse accueillante pour la vie) font qu'on a donc bien du mal à prendre au sérieux l'hypothèse de Loeb, sans parler du fait que quelques millions d'années représentent une durée bien trop courte pour permettre l'apparition et l'évolution de la vie. Bien sûr, nous n'avons pas une notion claire de ce qu'il faut entendre par vie, bien que la Nasa ait proposé de la définir comme un système chimique autoentretenu capable d'évolution darwinienne. On peut donc encore s'adonner à de multiples spéculations. L'une d'elles serait de se baser sur le fait que la température des nuages de matière pendant les âges sombres était suffisamment élevée pour que des choses surprenantes puissent s'y passer pendant la première centaine de millions d'années de l'histoire de l'univers. Voilà en tout cas une idée qui aurait peut-être permis à Fred Hoyle, s'il n'avait été un opposant résolu de la théorie du Big Bang, de développer une nouvelle version de son célèbre roman de science-fiction, The Black Cloud.

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