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L'Esa révèle la première carte intégrale du ciel de Planck

ActualitéClassé sous :Astronomie , planck , rayonnement fossile

Il y a quelques semaines, le satellite Planck achevait sont premier relevé du ciel. La première carte complète vient d'être publiée, montrant le rayonnement de fond de l'Univers... mais surtout les émissions parasites de la Voie lactée. Les membres de la mission Planck travaillent actuellement à les soustraire et aucune image du rayonnement fossile similaire à celles de Cobe puis WMap ne sera rendue publique avant décembre 2012. Mais ne boudons pas notre plaisir et admirons cette première image...

Le ciel micro-ondes vu par le satellite Planck. Cette image couleur a été créée à partir des données Planck obtenues dans neuf bandes de fréquence, comprises entre 30 et 857 GHz, c'est-à-dire dans le domaine des ondes submillimétriques, millimétriques et centimétriques (aussi appelées micro-ondes). Notre Galaxie, la Voie lactée, est bien visible dans l'image comme une bande claire horizontale. Une grande région du ciel est illuminée par notre Galaxie, comme en témoignent ces structures claires et filamenteuses qui s'étendent bien au-delà du plan de notre Voie lactée. Ces émissions ont pour origine le gaz et les poussières du milieu interstellaire. Le rayonnement fossile est visible sur cette image sous la forme de structures granulaires rougeâtres, principalement visibles au haut et en bas de l'image, où l’émission de notre Galaxie est très faible. Cette image montre qu'il est possible de séparer ces deux émissions, dans de petites régions bien définies (en haut et en bas de l'image). Cependant, les scientifiques de Planck développent des méthodes sophistiquées de traitement d'image pour séparer ces deux composantes sur presque la quasi-totalité du ciel ! Cette image provient des données de Planck collectées pendant les neuf premiers mois de sa mise en service. Planck poursuit ses mesures et devrait fournir au moins trois autres relevés complets du ciel. © ESA, HFI & LFI Consortia

La plus vieille lumière de l'Univers a été émise environ 380.000 ans après le « début » de l'Univers observable, alors qu'il était encore empli d'un plasma de particules en train de former des atomes à une température d'environ 3.000 kelvins (K). Ce n'est en effet qu'au moment de la formation des atomes que les photons ont pu commencer à voyager librement dans l'Univers sur des distances cosmologiques. Aujourd'hui, à cause de l'expansion de l'Univers et de son refroidissement, cette lumière fossile se trouve essentiellement dans le domaine des micro-ondes avec une température de seulement 2,726 K. Elle est décrite par un spectre de corps noir presque parfait et constitue un fond diffus sur toute la sphère céleste et qui baigne les atomes de l'Univers observable.

Cependant, une analyse plus fine révèle des détails. Avec une résolution de l'ordre de 10-5 pour les différences d'amplitudes dans les fluctuations, apparaissent de légères anisotropies des températures et aussi de la polarisation. Ces fluctuations représentent une mine d'or pour les astrophysiciens et les cosmologistes car elles contiennent des informations sur la forme et le contenu en matière et énergie noire du cosmos, sur l'origine des galaxies et peut-être aussi sur de la physique à des énergies inaccessibles dans les accélérateurs de particules.

Le but du satellite Planck de l'Esa, qui se trouve actuellement en orbite autour du point de Lagrange L2 à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, est de mesurer très précisément ces fluctuations de températures et de polarisation. Il succède ainsi à WMap qui a déjà fourni plusieurs informations susceptibles de contraindre des modèles cosmologiques, comme ceux de l'inflation, issus des travaux d'Alan Guth et Andreï Linde, ou encore avec une topologie complexe, comme celui de Jean-Pierre Luminet et ses collègues.

Planck a achevé une première couverture complète du ciel tout récemment et il en poursuit une seconde actuellement. Au total, c'est quatre relevés complets qu'il devrait fournir, le dernier s'achevant début 2012.

Carte intégrale du ciel obtenue avec le satellite Planck de l’ESA. Sur cette carte, des objets extragalactiques détectés par Planck sont signalés ainsi que la nébuleuse d’Orion dans notre Galaxie.© ESA, HFI & LFI Consortia

On peut désormais voir sur la carte complète du ciel en fausses couleurs (ci-dessus), les émissions de la Galaxie (la bande claire horizontale) et des structures claires et filamenteuses qui s'étendent bien au-delà du plan de notre Voie lactée. Ces émissions proviennent du gaz et des poussières du milieu interstellaire. L'image a été spécifiquement traitée pour mettre en valeur l'émission de notre Galaxie mais on peut deviner la partie cosmologique liée au rayonnement fossile sous la forme de structures granulaires rougeâtres, principalement visibles en haut et en bas de l'image. On voit aussi des émissions liées à des objets extragalactiques comme les nuages de Magellan, la galaxie d'Andromède M31 et l'un des quasars les plus brillants du ciel, 3C 273 (ce fut aussi le premier identifié optiquement).

Nettoyage obligatoire

Analyser les mesures de Planck pour en extraire une information cosmologique est une tâche difficile, comme nous l'avait expliqué il y a quelque temps Laurence Perotto, qui fait partie des chercheurs travaillant sur la mission Planck. En effet, des avant-plans proviennent des astres s'interposant entre nous et les régions dont sont issus les photons du rayonnement fossile que nous observons aujourd'hui. Parmi eux, figurent en particulier le rayonnement thermique des poussières de la Voie lactée et le rayonnement synchrotron émis par les électrons relativistes spiralant dans le champ magnétique galactique.

Il faut soustraire ces avant-plans pour avoir accès au rayonnement fossile proprement dit. Ce n'est qu'ensuite que l'on peut lui faire subir le traitement permettant d'en tirer, par exemple, la quantité de matière noire dans l'Univers observable.

Carte intégrale du ciel obtenue avec le satellite Planck de l’Esa. Sur cette carte, des images ont été positionnées. Les noms de certaines structures de la Voie lactée ont été ajoutées. © ESA, HFI & LFI Consortia

Jean-Loup Puget, directeur de recherche du CNRS à l'Institut d'astrophysique spatiale et responsable scientifique du consortium de laboratoire qui a construit l'un des instruments de mesure principaux de Planck, HFI, commente ce redoutable problème. « Le milieu interstellaire de la Voie lactée est composé de nuages de gaz et de poussières de différentes composition, température, et densité. Heureusement, les différentes phases du milieu interstellaire émettent dans des bandes de fréquences, des "couleurs" différentes ; ces signatures peuvent être utilisées pour séparer l'émission galactique, et donc pour les soustraire des images afin d'extraire le rayonnement fossile, de la même façon que le cerveau humain est capable d'isoler la voix d'une personne qui parle au milieu d'un groupe en pleine discussion. L'analyse de la composante interstellaire donnera des informations précieuses sur les mécanisme de formation des étoiles dans notre Galaxie. »

Carte intégrale du ciel obtenue avec le satellite Planck de l’Esa. Sur cette carte, des objets extragalactiques détectés par Planck sont signalés ainsi que la nébuleuse d’Orion dans notre Galaxie. Les noms de certaines structures de la Voie lactée ont été rajoutés. © ESA, HFI & LFI Consortia

Il faudra des années avant que le traitement des données de Planck ne permette d'accéder à toutes les informations recherchées, comme par exemple une éventuelle preuve de la théorie de l'inflation. Les premières publications sont prévues pour décembre 2012 mais en attendant, seuls les chercheurs travaillant dans le cadre de la mission Planck ont accès à l'état d'avancement des travaux. Il va donc falloir s'armer de patience avant de voir l'équivalent des cartes désormais mythiques de Cobe et WMap.

Toutefois, rien ne s'oppose à ce que des cartes brutes, montrant principalement les émissions de la Voie lactée et celles de quelques sources extragalactiques comme le quasar 3C273 ou la galaxie d'Andromède, soient rendues publiques. Ce que vient de faire l'Esa le lundi 5 Juillet 2010.

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