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Modes B

DéfinitionClassé sous :inflation , onde gravitationnelle , polarisation
Sur la gauche, une simulation des modes E et sur la droite une simulation des modes B. Ces modes décrivent la polarisation linéaire du rayonnement fossile. Chaque barre blanche indique l'orientation sur une portion de la voûte céleste de la polarisation. La théorie de l'inflation prédit l'existence des modes B. Les scientifiques cherchent à les détecter pour démontrer la justesse de cette théorie. © Wayne Hu

Les modes B sont un état de polarisation particulier du rayonnement fossile. Une partie des modes B pourrait provenir des ondes gravitationnelles produites par l'univers pendant une phase d'expansion accélérée très importante qui se serait produite environ 10-35 secondes après l'hypothétique temps zéro du Big Bang. Cette phase d'expansion est appelée l'inflation. Ces ondes gravitationnelles classiques proviendraient de fluctuations quantiques microscopiques de l'espace qui peut se déformer et vibrer comme une membrane élastique dans le cadre de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

Les fluctuations du rayonnement fossile ne concernent pas uniquement sa température. Elles ont aussi trait à sa polarisation. Cette vidéo explique ce qu'est la polarisation du rayonnement fossile, sa relation avec les ondes gravitationnelles de l'inflation et la signification des mesures de Bicep2. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En passant simplement la souris sur le rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « Français », puis cliquez sur « OK ». © minutephysics, YouTube

L'inflation aurait prodigieusement agrandi les longueurs d'ondes des ondes gravitationnelles quantiques pour les faire passer du monde de la microphysique à celui de la macrophysique. Ces ondes gravitationnelles auraient ensuite laissé leurs empreintes sur la polarisation du rayonnement fossile sous deux formes : les modes E et les modes B, au moment de la recombinaison, 380.000 ans après le Big Bang.

Les modes B, une preuve de la théorie de l'inflation

Les modes E, qui peuvent aussi être produits par des fluctuations de densité dans l'univers primordial, ont déjà été observés par WMap et les modes B ont été observés par le South Pole Telescope et Bicep2 en Antarctique. Les scientifiques ignorent encore si les modes B observés par Bicep2 contiennent vraiment un signal d'origine cosmologique car l'effet de lentille gravitationnelle faible des galaxies peut transformer des modes E en modes B. De la poussière et des champs magnétiques peuvent aussi perturber le signal mesuré. En tout état de cause, la détection des modes B issus du Big Bang est considérée comme une preuve très convaincante de la théorie de l'inflation.

Sur ce schéma, les barres indiquent la direction d'oscillation des champs électriques pour de la lumière polarisée linéairement. Les modes B s'organisent pour former des structures sur la voûte céleste en forme de cyclones tournant dans un sens ou un autre. Les modes E s'organisent à la façon des champs électriques. Ces derniers sont reliés à des distributions de matière dont les densités augmentent (E>0) ou diminuent (E<0) dans l'univers au moment de la recombinaison. Les modes B sont liés au passage d'ondes gravitationnelles à la même époque, faisant vibrer le tissus même de l'espace. © Krauss et al.

Le cosmologiste Martin Rees a compris le premier en 1968 que le rayonnement fossile devait être polarisé. Vers 1997 plusieurs chercheurs, dont Uros Seljak, Matias Zaldarriaga et Marc Kamionkowski, ont indépendamment montré comment mesurer les modes E et B. Sur la voûte céleste, ces modes correspondent à des distributions particulières de la polarisation linéaire de la lumière. Les modes E forment des configurations ressemblant à celles des vecteurs champs électriques, que l'on note E, alors que les modes B forment des configurations ressemblant à celle des champs magnétiques.