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Dossier : comprendre l'univers avec le rayonnement fossile

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Découvrez le dossier Le rayonnement fossile : clé pour la cosmologieLe rayonnement fossile, aussi appelé Cosmic Microwave Background ou CMB, est la lumière la plus vieille du monde et les cosmologistes l'analysent aujourd'hui à partir de sa carte sur la sphère céleste dressée par le satellite Planck. Découvrez ce qu'est le rayonnement fossile et sa provenance, les méthodes d'observation de cette lumière fossile par Planck pour aborder les problèmes des avant-plans et des anisotropies secondaires du rayonnement fossile.

Le rayonnement fossile : clé pour la cosmologie. © CMB-Esa

Laurence Perotto est l'une des cosmologistes françaises qui participent à la mission Planck. Chercheuse au CNRS, elle a rejoint, en octobre 2008, le groupe Planck du laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble. Elle nous a éclairés sur les questions liées à l'observation du rayonnement fossile par Planck ainsi que sur les enjeux de la mission dans une interview réalisée en janvier 2010, aujourd'hui intégrée à ce dossier.

 

L'événement à l'origine du rayonnement fossile que Planck observe aujourd'hui s'est produit il y a presque 13,7 milliards d'années, environ 380.000 ans après la « naissance » de l'univers observable.  

 

Si l'on devait caractériser en peu de mots le rayonnement fossile, le Cosmic Microwave Background ou CMB comme disent les auteurs anglo-saxons, ce serait en disant qu'il possède un spectre de corps noir presque parfait. C'est cette caractéristique qui en fait une preuve solide du Big Bang (BB) et a permis de réfuter le modèle de l'univers stationnaire de Hoyle, Bondi et Gold en 1965.

 

Le temps passant, et même si l'on imaginait que l'univers ne soit plus en expansion, le rayon de la sphère de l'univers observable avec le rayonnement fossile augmente car la lumière provenant de régions de plus en plus lointaines nous parvient. Cette sphère, centrée sur tout observateur présent dans l'univers, est ce que l'on appelle la surface de dernière diffusion.

 

Si l'on veut être plus précis sur ce que l'on attend des mesures de Planck, on peut dire que l'on espère avoir de nouveaux  éléments de réponses à des questions fascinantes comme :

 

On a beaucoup parlé de la possibilité de mesurer avec Planck les fameux modes B de polarisation du CMB, ce qui constituerait une preuve convaincante de la théorie de l'inflation. Mais il n'est malheureusement pas impossible que les instruments de Planck ne puissent nous fournir une telle preuve. En effet, la conception du projet a débuté au milieu des années 1990 et ce n'est que plus tard que l'étude de ces modes B s'est ajoutée au programme de la mission.

 

Planck devrait permettre d'en savoir un peu plus sur la matière noire et l'énergie noire et on peut même dire que c'est l'un des domaines dans lequel il va surpasser ses prédécesseurs.

 

Une question se pose naturellement. Comment peut-on être sûr de ce que vont nous dire les observations de Planck sur le rayonnement fossile ? Abordons le problème des avant-plans.

 

En plus des avant-plans, on remarque aussi dans le rayonnement fossile les anisotropies secondaires. Ce sont des fluctuations de températures et de polarisations du CMB additionnelles, qui ont été produites par l'interaction de la lumière avec le contenu de l'univers après la recombinaison.

 

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