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Peu après le Big Bang, l'Univers était encore extrêmement dense. La totalité de la matière de l'Univers actuel était réunie en un petit espace, sous forme de plasma, c'est-à-dire de noyaux atomiques et d'électrons séparés. En effet, à de très fortes températures, les noyaux atomiques ne parviennent pas à conserver leur nuage d'électrons dont l'agitation est trop rapide et ces derniers sont libres. La matière ne laissait pas encore passer les ondes électromagnétiques et l'Univers était opaque. Puis, au bout de 380.000 ans environ, la température a suffisamment baissé pour que les atomes se forment. C'est alors que les premiers photons ont été libérés, l'univers étant pour la première fois perméable aux ondes électromagnétiques.
Aussi étonnant que ça puisse paraître, cette explosion de photons peut encore aujourd'hui être observée. La découverte de ce rayonnement cosmologique a d'ailleurs porté un coup de grâce aux théories alternatives à celle de l'expansion. Car aucune autre explication ne pouvait être donnée à ce rayonnement presque homogène, nous parvenant de toutes les directions à la fois. Surtout qu'il avait été précédemment calculé théoriquement et que ce qui a été mesuré correspond assez précisément aux attentes.
En effet, il avait été prédit dans les années 40 déjà, mais c'est seulement en 1964 qu'il a été découvert de manière fortuite par deux chercheurs des laboratoires Bell aux Etats-Unis, Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson. Ces derniers ont reçu le prix Nobel de physique en 1978 pour cette découverte.