La recombinaison designe l’evenement survenu environ 380 000 ans apres le Big Bang, quand l’univers s’est suffisamment refroidi pour permettre aux electrons libres de se lier aux noyaux atomiques et former les premiers atomes neutres. Cet evenement a transforme l’univers d’un plasma opaque en un milieu transparent, liberant les photons qui forment aujourd’hui le fond diffus cosmologique.
Un univers qui se refroidit
Depuis le Big Bang, l’univers en expansion se refroidit continuellement. Pendant les premiers 380 000 ans, la temperature etait trop elevee pour que les atomes neutres puissent exister : l’energie thermique dissociait immediatement tout electron qui tentait de se lier a un noyau. L’univers etait un plasma chaud et dense, completement opaque a la lumiere.
La formation des premiers atomes
Quand la temperature est descendue sous environ 3000 K, les electrons n’avaient plus assez d’energie thermique pour resister aux forces d’attraction electronique. Ils se sont progressivement combines aux protons pour former des atomes d’hydrogene neutre (environ 75%) et des noyaux d’helium pour former des atomes d’helium (environ 25%). Sans electrons libres pour diffuser la lumiere, l’univers est soudainement devenu transparent.
Lien avec le fond diffus cosmologique
Les photons emis au moment de la recombinaison constituent le fond diffus cosmologique. Ce sont les photons les plus anciens que nous puissions observer. Ils portent l’empreinte des conditions de l’univers a 380 000 ans : temperature, densite, fluctuations primordiales. L’analyse de ce rayonnement est l’une des sources d’information les plus riches sur les premiers instants de l’univers.
Le saviez-vous ?
Malgre son nom, la recombinaison est en realite une premiere combinaison : les electrons et les noyaux ne s’etaient jamais lies auparavant dans l’histoire de l’univers. Le terme est reste par convention historique, bien qu’il soit techniquement inexact.
Questions frequentes
Quelle est la difference entre recombinaison et decouplage ?
La recombinaison designe la formation des premiers atomes neutres. Le decouplage designe le moment ou les photons cessent d’interagir avec la matiere et se propagent librement. Les deux sont intimement lies et se produisent quasiment simultanement, mais designent des aspects complementaires du meme evenement.
L’hydrogene s’est-il forme entierement lors de la recombinaison ?
Non completement. La recombinaison est un processus graduel qui ne s’est pas produit instantanement. Une fraction de l’hydrogene est restee ionisee pendant un certain temps. L’epoque de reionisation, bien plus tard (apres 150 millions d’annees), a ensuite reionise une partie de cet hydrogene neutre sous l’effet des premieres etoiles et galaxies.
Apres la recombinaison, l’univers etait-il eclaire ?
Non. Apres la recombinaison, l’univers est entre dans les ages sombres : il n’y avait pas encore d’etoiles, et la seule lumiere disponible etait le fond diffus en refroidissement. Les premieres etoiles se sont formees environ 200 millions d’annees apres le Big Bang, marquant la fin des ages sombres.