Une des cartes du rayonnement fossile de Planck. Les fluctuations de température, de l'ordre du millionième, ont été représentées en fausses couleurs. Enbas à droite, une vue d'artiste de Planck).© Esa

Sciences

Satellite Planck

DéfinitionClassé sous :Univers

Planck est un satellite européen (ESA) lancé par une fusée Ariane 5 le 14 mai 2009 depuis le port spatial de Kourou. Son objectif était de faire progresser la cosmologie et l'astrophysique. Constitué de deux instruments HFI (High Frequency Instrument) et LFI (Low Frequency Instrument), il a effectué sur toute la voûte céleste depuis le point de Lagrange L2 des observations du rayonnement fossile associé à la naissance de l'univers observable selon la théorie du Big Bang.

Sa mission s'est déroulée de 2009 à 2012 pour HFI (jusqu'à l'épuisement des réserves d'hélium 3 nécessaire pour le refroidir, non loin du zéro absolu) et de 2009 à 2013 pour LFI. Elle a poussé plusieurs crans plus loin la cartographie et la caractérisation du fameux fond diffus cosmologique (Cosmic Microwave Background ou CMB), la lumière laissée par la naissance des premiers atomes, environ 380.000 ans après la fin du Big Bang survenu il y a 13,7 milliards d'années. Elle a donc succédé à la mission WMap de la Nasa, laquelle poussait beaucoup plus loin l'étude globale du CMB débutée auparavant avec Cobe (Cosmic Background Explorer).

Ce rayonnement fossile était initialement celui d'un plasma chaud - 3.000 K - mais l'expansion de l'Univers observable l'a depuis fait refroidir à une température de 2,7 kelvins environ. Au lieu de se trouver en partie dans la bande visible, il est maintenant dans un domaine intermédiaire entre l'infrarouge lointain et le rayonnement micro-onde.

Une vidéo de présentation de la mission Planck. © Consortium HFI-Planck & IAP-CNRS-UPMC 201

La mission Planck, une clé des énigmes de la cosmologie

La théorie du Big Bang prévoyait que ce rayonnement devait être celui d'un corps noir quasi parfait (l'équation décrivant ce corps noir a été découverte vers 1900 par le physicien allemand Max Planck en introduisant pour la première fois la constante portant son nom et c'est en son hommage que le satellite de l'ESA a reçu le même nom) avec de légères fluctuations de températures et dans les caractéristiques de sa polarisation (De Cobe à Planck en passant par Wmap, c'est bien ce qui a été observé même si cela pose des questions profondes auxquelles on tente de répondre avec la théorie de l'inflation et ses nombreuses variantes basées sur une nouvelle physique).

En les mesurant on obtient non seulement une image de l'état du cosmos observable alors que les étoiles, les galaxies et les noyaux lourds comme ceux du carbone, de l'oxygène et du fer n'existent pas encore mais aussi, en analysant le signal enregistré, une sorte de carte d'identité de l'univers ainsi que des données précieuses concernant les galaxies (y compris la Voie lactée) et les amas de galaxies qui vont plus tard affecter ce rayonnement au cours de son voyage à travers le cosmos.

Parmi les questions auxquelles Planck pouvait apporter des éléments de réponses, on peut citer :

  • Quel sera le futur de l'Univers, expansion infinie, implosion ou autre ?
  • Quels mécanismes ont initié la formation des galaxies ?

Les cosmologistes cherchaient en particulier à mettre en évidence des modes de polarisations du rayonnement fossile de type modes B reliés à la production d'ondes gravitationnelles par une phase d'inflation entrainant une expansion incroyablement rapide mais transitoire de l'espace dans l'univers très primitif. La détection de ces modes B aurait été une preuve convaincante de l'occurrence de cette phase décrite par une des nombreuses variantes de la théorie de l'inflation.

Planck n'a pas pu apporter cette preuve mais sa mission nous a légué une carte à certains égards indépassable du rayonnement fossile ainsi qu'une solide confirmation du modèle cosmologique standard, des renseignements sur la géométrie, la topologie de l'espace ainsi que son contenu en matière et énergie noires.

Futura a consacré de nombreux articles aux découvertes de Planck dont notamment :

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