Nucléosynthèse primordiale et abondance cosmique de l'hydrogène et de l'hélium

Première générale Spé · Enseignement Scientifique 1ère

À retenir

• La nucléosynthèse primordiale s'est déroulée dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang (pour l'essentiel entre t 3 min et t 20 min), alors que la température et la densité de l'Univers étaient extrêmement élevées. • Au cours de cette phase, des neutrons se sont associés à des protons pour former uniquement des noyaux très légers, les protons restés libres constituant les noyaux d'hydrogène : - L'hydrogène ^1H (environ 75\,\% de la masse de matière baryonique de l'Univers). - L'hélium ^4He (environ 24\,\% de la masse). - Des traces infimes de deutérium ^2H, d'hélium 3 ^3He et de lithium 7 ^7Li (moins de 1\,\%). • Les éléments plus lourds que le lithium ne pouvaient pas être synthétisés lors du Big Bang car la baisse rapide de température et de densité a interrompu les réactions de fusion nucléaire avant leur formation, d'autant qu'aucun noyau stable ne compte 5 ou 8 nucléons, ce qui bloque le passage au-delà de l'hélium 4.

Le cours

Nucléosynthèse primordiale et abondance cosmique de l'hydrogène et de l'hélium • La nucléosynthèse primordiale s'est déroulée dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang (pour l'essentiel entre t 3 min et t 20 min), alors que la température et la densité de l'Univers étaient extrêmement élevées. • Au cours de cette phase, des neutrons se sont associés à des protons pour former uniquement des noyaux très légers, les protons restés libres constituant les noyaux d'hydrogène : - L'hydrogène ^1H (environ 75\,\% de la masse de matière baryonique de l'Univers). - L'hélium ^4He (environ 24\,\% de la masse). - Des traces infimes de deutérium ^2H, d'hélium 3 ^3He et de lithium 7 ^7Li (moins de 1\,\%). • Les éléments plus lourds que le lithium ne pouvaient pas être synthétisés lors du Big Bang car la baisse rapide de température et de densité a interrompu les réactions de fusion nucléaire avant leur formation, d'autant qu'aucun noyau stable ne compte 5 ou 8 nucléons, ce qui bloque le passage au-delà de l'hélium 4. Astuce et méthode clé Retiens que l'hydrogène et l'hélium représentent à eux deux plus de 99\,\% de la matière ordinaire de l'Univers : ce sont les éléments primordiaux. Piège classique à éviter Ne crois pas que tous les éléments chimiques ont été créés lors du Big Bang : le carbone, l'oxygène, le fer et l'or ont été synthétisés bien plus tard au cœur des étoiles.

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