La relation rayonnement (ou énergie) /matière a subit deux phases dans la création de l'Univers, au début l'énergie domine sur la matière, l'Univers est une soupe de particules et de rayonnements en recombinaison permanente, puis la température
baissant suite à l'expansion, il y a (re)combinaison, les atomes se forment , la matière prend le dessus.
Juste après le Big-Bang (BB) se créer une période hadronique, période de création à partir de quarks (et d'antiquarks), de baryons (3 quarks) et de mésons (2 quarks).
Les baryons vont donner les neutrons et protons et leurs anti particules.
La température est encore de quelques milliards de degrés, et après les baryons, les électrons et les antiélectrons s'annihilent et l'antimatière disparaît presque complètement. Des photons énergétiques sont crées pendant ces annihilations, mais ils sont thermalisés (cela veut dire qu'ils sont mis en équilibre thermodynamique avec le reste) rapidement formant ainsi un plasma.
Cette Formation est appelé l'ère radiative (ou plasmatique), elle va de quelques fractions de secondes après le BB jusqu'à ce que l'Univers devienne transparent.
Pendant cette période, la densité du rayonnement (des photons), est supérieure à celle de la matière et contrôle l'évolution de l'univers.
Le plasma est un gaz qui a été soumis à la quantité d'énergie suffisante pour dissocier les électrons de leurs atomes (ionisation).
Il est neutre, il comprend des particules chargées et non chargées, on appelle taux d'ionisation la proportion de particules chargées par rapport aux particules totales.
Le plasma est aussi nommé « quatrième état de la matière »
Il y a une correspondance entre la température et l'énergie; car la température décrit l'état énergétique d'un corps; ce rapport c'est la constante de Boltzmann :
1 kev = 11 millions de K 1 Mev = 11 milliards de K 1 Gev = 1013 K
notre température ambiante (20°C) correspond ainsi à : 26 mev (attention milli électron volts)
La nucléosynthèse primordiale, survient maintenant, qui va aboutir à la création de l'Hélium.
L’espace est rempli de p, n e, neutrinos et photons; mais p et n se transforment l’un en l’autre, mais le neutron est légèrement plus lourd qu’un proton...
Il faut donc plus d’énergie pour créer un n à partir d’un p que le contraire.
Son sort en est jeté : il sera mis en minorité dans l’Univers en formation.
Quand l’univers refroidit, (vers 1 seconde après le BB) le taux de fabrication de neutrons à partir de protons chute considérablement.
Le proton qui est en surnombre (109 fois plus) peut maintenant se combiner avec un autre p pour former du Deutérium stable (hydrogène lourd).
Ces réactions sont exothermiques et permettent ainsi toute une chaîne de réactions qui vont aboutir aux premiers éléments fondamentaux comme l’Hélium.
Il y a COMPÉTITION entre création et destruction de matière, le facteur crucial va être la température : Plus elle baisse, moins la destruction de matière est favorisée, plus on crée d’éléments nouveaux tel l’Hélium He.
Les lois de la physique (Eq de Boltzmann) déterminent les quantités : et au bout de 3 minutes d’age on a le rapport définitif :
IL Y A 7 FOIS PLUS DE PROTONS QUE DE NEUTRONS DANS L’UNIVERS.
Le bal de la création se poursuit, on procède par FUSION , mais les éléments 5 et 8 sont MAUDITS Ils donnent des noyaux instables qui se désintègrent (trop) rapidement.
A 15 minutes après le BB : On a en plus de H et He (dominants) et des traces de D, He3 et Li7 mais la température baisse rendant les fusions ultérieures impossibles (1 Million °K).
LA NUCLÉOSYNTHÈSE PRIMORDIALE EST ÉTEINTE, l’Univers est complètement ionisé.
L’univers est figé en composition, il y a en masse 25% He et 75% H.
Il faudra attendre des milliards d’années pour voir sa composition changer.
Après la nucléosynthèse primordiale qui a duré quelques minutes; les photons et les électrons qui restent entrent en interaction :
· Soit par rayonnement de freinage (Bremsstrahlung) : rayonnement créé par la passage près d'un proton par exemple d'une particule de charge opposée (électron), un rayonnement électromagnétique (photon) est alors émis.
· Soit par effet diffusion double Compton : lorsque des photons ont une énergie suffisamment élevée, il peut interagir avec un électron et celui ci en réaction ré-émet un (ou deux) photons d'énergie plus faible. L'efficacité de la diffusion Compton diminue avec l'augmentation de l'énergie des photons; (favorisée pour l'énergie entre 100 keV et 10 MeV).
La fin de l'ère radiative se produit quand la température baissant, l'énergie de la matière devient égale à l'énergie du rayonnement.
On arrive à la surface de dernière diffusion, il est 400.000 ans approximativement après le Big Bang, la température est de l'ordre de 3000K, niveau suffisamment bas pour que le rayonnement se déplace sans interaction avec la matière. C'est la dernière fois que le rayonnement est entré en interaction avec la matière et pour cette raison on l'appelle surface de dernière diffusion. (surface of last scattering en anglais).
L'Univers devient transparent et on peut encore observer cette première lumière sous la forme du rayonnement cosmologique à 2.7 K.
Les petits écarts de température de ce rayonnement reflètent les inhomogénéités de la densité de matière. Les zones les plus denses vont davantage attirer de matière et grossir plus rapidement que les autres, jusqu'à ce que le "critère de Jeans" soit atteint.
C'est une formule qui donne la masse minimum nécessaire pour que la gravitation d'un corps puisse vaincre sa pression interne de rayonnement.
Il s'agit de la masse de Jeans, qui est fonction de la puissance 3/2 de la pression de rayonnement.
A partir de là, les nuages de matière vont s'effondrer pour former les premières étoiles et les premières structures...
Cette théorie fonctionne à condition que l'on ajoute une bonne dose de matière noire, de manière à ce que les modèles prédisent une évolution compatible avec les observations disponibles de l'univers le jeune possible.
Sujet: L'après Big-Bang... 
