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Planck a vu un énigmatique « voile micro-onde » dans la Voie lactée

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Il faudra attendre 2013 pour savoir si les observations du satellite Planck confirment ou pas la théorie de l'inflation. En attendant, on sait déjà qu'il démontre l'existence d'un énigmatique « voile micro-onde » entourant le centre de la Voie lactée et déjà entrevu par WMap. Peut-être trahit-il la présence de matière noire. Et, surprise : le satellite voit aussi des nuages moléculaires froids là où on ne les attendait pas.

Cartes du ciel présentant la distribution du monoxyde de carbone, traceur des nuages moléculaires, détectée par l'instrument HFI du satellite Planck. Les grandes structures en filigrane sont liées des artefacts du traitement des données et n'ont rien de réel. De nombreux nuages moléculaires se trouvent dans des régions éloignées du plan galactique et étaient jusqu'alors inconnus. © Esa/Consortia HFI/LFI

Planck est avant tout un formidable outil de cosmologie. On attend de lui qu'il livre quelques secrets de l'univers, concernant sa forme et les conditions de sa naissance. Est-il fini, comme le pense Jean-Pierre Luminet ? Y a-t-il eu un avant Big Bang ou une phase où le temps devenait imaginaire, comme le proposent Martin Bojowald et ses collègues ? Nul ne le sait vraiment et il est bien possible qu'une nouvelle génération d'instruments soit nécessaire pour trancher.

Quoi qu'il en soit, Planck est déjà un outil extraordinaire pour l'astrophysique. En effet, avant d'avoir accès au rayonnement fossile proprement dit, il faut soustraire du signal enregistré par les instruments de Planck des émissions parasites que l'on appelle des avant-plans. Ce peut être par exemple celles des poussières galactiques ou celles des électrons relativistes fonçant à travers les champs magnétiques galactiques. Ces émissions ont chacune un spectre propre, plus intense dans des bandes de fréquence différentes, ce qui permet de les distinguer et donc de les soustraire. Ce qui est du bruit pour un cosmologiste est en l'occurrence une information pour un astrophysicien car il renseigne sur l'intimité de notre Voie lactée.

Cartes du ciel présentant la distribution spatiale du « voile micro-onde » réalisées avec les observations à 30 et 44 GHz de l'instrument LFI du satellite Planck. L'intensité de ce voile galactique reste faible comparée à l'émission globale qui est ici masquée dans les régions où elle domine très largement. © Esa/Consortia HFI/LFI

Planck observe-t-il de la matière noire ?

Et justement, la collaboration Planck vient de confirmer la présence d'une composante dans le domaine du rayonnement micro-onde déjà entrevue par les instruments de WMap. Il s'agit, selon l'expression des chercheurs, d'une sorte de « voile micro-onde » entourant le centre de notre Galaxie. Il ressemble au rayonnement synchrotron des électrons relativistes, à une différence près : son spectre est plus « dur », en ce sens qu'il ne décroît pas aussi rapidement lorsque l'énergie augmente.

On ne connaît pas encore l'origine de ces énigmatiques émissions micro-ondes centrales. Certains ont proposé de les relier à la présence supposée de la matière noire qui doit se concentrer dans le bulbe de la Voie lactée. Selon certains modèles, les particules de matière noire pourraient s'annihiler ou se désintégrer et on peut donc penser que Planck voit indirectement ce processus à l'œuvre. Mais des explications bien moins exotiques ont aussi été proposées. Le taux de supernovae galactiques pourrait avoir été sous-estimé.

Des nuages moléculaires en dehors du disque galactique

Une autre information astrophysique est aussi disponible grâce à Planck. Elle concerne la localisation des nuages moléculaires froids où peuvent prendre naissance des étoiles. L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans le cosmos observable. On le trouve bien sûr dans les étoiles de la séquence principale sous forme de plasma et il est donc  bien visible, mais on sait qu'il est aussi présent dans les nuages interstellaires.

Quand il est sous forme d'hydrogène atomique, sa température est si basse qu'il ne rayonne pas dans le domaine optique mais on peut cartographier sa répartition dans la Voie lactée grâce à la fameuse raie à 21 cm. C'est d'ailleurs ainsi que l'on a découvert la structure spirale de la Galaxie. Mais lorsqu'il est sous forme moléculaire, sa détection est moins facile. Par chance, il existe dans les nuages moléculaires d'hydrogène des molécules de monoxyde de carbone. Heurtées par l'hydrogène moléculaire, ces molécules de CO se retrouvent portées à des énergies plus élevées et elles se désexcitent en émettant du rayonnement dans le domaine millimétrique.

Bien qu'étant un excellent traceur des nuages moléculaires, ce rayonnement n'est pas facilement observable au sol avec des radiotélescopes. Ou plus exactement, les campagnes d'observations du monoxyde de carbone sont tellement coûteuses en temps qu'elles étaient limitées aux portions du ciel où l'on soupçonnait déjà l'existence de nuages moléculaires.

Planck n'a pas cette limitation, notamment parce que la mission a été conçue pour effectuer plusieurs couvertures complètes du ciel dans l'espace. Et c'est ainsi que les chercheurs ont découvert plusieurs nuages moléculaires froids là où on ne les attendait pas. En l'occurrence, on sait maintenant qu'il en existe en dehors du plan galactique.

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