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Les résultats de Planck sur la cosmologie seront en ligne demain

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Le matin du 21 mars 2013, une conférence de l'Esa retransmise en direct sur la Toile évoquera les premiers résultats cosmologiques déduits des observations du rayonnement fossile par Planck. Les cosmologistes et les physiciens des hautes énergies espèrent que l'on pourra y voir des traces, voire une preuve, de l'existence d'une nouvelle physique, en particulier celle des cosmologies inflationnaires.

Simulation de la carte du rayonnement fossile observé par Planck, avec superposition du satellite. La vraie carte sera mise en ligne ce jeudi 21 mars. © Esa

On attend toujours les résultats des analyses des observations d'AMS dans l'espoir qu'ils confirment l'existence de la matière noire. Les collisions au LHC n'ont pas permis de la découvrir, alors que beaucoup s'y attendaient. Par contre, elles ont confirmé (ce qui n'était guère étonnant) l'existence du boson de Higgs. Bien que là non plus aucun signe d'une nouvelle physique n'ait été découvert, il est bien connu que le champ de Higgs, plus précisément le mécanisme de Brout-Englert-Higgs, a eu un impact considérable sur le développement de la cosmologie à partir de 1980.

Du champ de Higgs à la théorie de l'inflation

Ce mécanisme est central dans les premières tentatives d'unification des forces électrofaible et nucléaire forte. En introduisant de nouveaux bosons de Higgs à des échelles d'énergies considérablement plus élevées que celles que l'on peut atteindre en accélérateur sur Terre, il conduit à l'existence d'une phase dite d'inflation environ 10-35 s après le « début » de l'univers observable. À ce moment-là, l'expansion du cosmos se serait accélérée temporairement de façon fantastique, avec une dilatation quasiment instantanée de l'espace d'un facteur au moins égal à 1028 et peut-être bien plus.

La nouvelle chronologie de l'univers observable selon WMap 9. Le rayonnement fossile a été émis 375.000 ans après le Big Bang. Le cosmos est âgé de 13,77 milliards d'années, et les premières étoiles se sont allumées environ 400 millions d'années après le temps zéro. Ce sont des fluctuations quantiques, agrandies par l'inflation, qui seraient à l'origine des galaxies. Planck devrait permettre de préciser encore plus ces valeurs. © Nasa, WMap Science Team

Divers problèmes de la cosmologie standard trouvent une solution avec cette phase d'inflation, et elle expliquerait même l'origine de la matière ainsi que celle de ses fluctuations de densité, cause de la naissance des étoiles et des galaxies. Plusieurs noms sont associés au développement de la théorie de l'inflation vers 1980. Il y a des précurseurs comme Brout et Englert eux-mêmes, en compagnie d'Edgard Gunzig, mais surtout Alexei Starobinsky. Les noms les plus importants sont sans conteste ceux d'Alan Guth et d'Andrei Linde, mais on pourrait y ajouter celui de Stephen Hawking.

La découverte du champ de Higgs démontre qu'il existe bel et bien au moins un champ scalaire apparemment fondamental en physique des hautes énergies. Cela donne plus de poids aux divers modèles d'inflation que l'on a construits depuis le début des années 1980, avec des variantes du mécanisme de Brout-Englert-Higgs ou sans elles.

Le rayonnement fossile, une fenêtre sur la naissance de l'univers

Or, la théorie de l'inflation fait des prédictions bien spécifiques concernant l'univers observable, en particulier avec le rayonnement fossile. Plusieurs d'entre elles ont été vérifiées avec la mission WMap. En théorie, l'étude des anisotropies du rayonnement fossile permet même de remonter à la forme des équations gouvernant le ou les champs scalaires à l'origine d'une ou de plusieurs phases d'inflation, et donc de poser des contraintes sur de la nouvelle physique.

Mais pour savoir si l'inflation s'est vraiment produite, il faudrait découvrir ce qu'on appelle des modes B dans le rayonnement fossile. Ce sont des traces d'infimes fluctuations quantiques primordiales des ondes gravitationnelles qui pourraient avoir été considérablement agrandies pendant la phase d'inflation. Au final, cela permettrait de mieux comprendre l'origine de l'univers, de la matière, des galaxies et ce qui s'est passé pas très loin du temps de Planck. Cela ouvrirait probablement une porte sur une théorie unifiée des forces, et peut-être même sur la gravitation quantique.


Cette vidéo propose un voyage de quelques minutes pour comprendre pourquoi et comment observer les premiers jours de l'univers. © Planck HFI, YouTube

Planck et la théorie de l'inflation

C'est une tâche très difficile, mais peut-être à la portée des instruments du satellite Planck lancée par l'Esa, bien qu'aucune certitude n'existe à ce sujet. On pressent tout de même que de nouvelles bornes sur des mécanismes d'inflation possibles seront obtenues, comme ce fut le cas avec WMap 9. On comprend donc que tout le monde attend impatiemment depuis des années la publication des résultats spécifiquement cosmologiques des analyses des observations du rayonnement fossile avec Planck. Une attente par ailleurs exacerbée par l'absence de résultats révolutionnaires avec le LHC. Ces résultats pourraient d'ailleurs conforter ou non le fameux modèle d'univers fini proposé par Jean-Pierre Luminet et ses collègues.

Depuis quelque temps déjà, l'Esa a fait savoir qu'il y aurait une conférence de presse au sujet des découvertes de Planck en cosmologie le matin du jeudi 21 mars 2013. Une nouvelle carte du ciel montrant le rayonnement fossile, plus précise que celles déjà fournies par Cobe et WMap, sera révélée. Ce même jour seront mis en ligne les articles faisant état des premières analyses du rayonnement diffus, les valeurs des paramètres cosmologiques comme l'âge de l'univers observable, sa courbure, etc.

Vous pouvez déjà en apprendre plus sur la mission Planck et les découvertes que l'on peut faire avec elle, non seulement en cosmologie, mais aussi en astrophysique, avec l'excellent site français des membres de la collaboration Planck, à savoir Planck HFI. La conférence de l'Esa sera, elle, retransmise en direct sur la Toile, et tout le monde pourra la voir sur le site de l'Esa Web TV.

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