Le télescope spatial Planck nous révèle la carte la plus détaillée du cosmos, du jamais vu jusque-là. Le rayonnement fossile du Big Bang vient d’être publié fin mars et dévoile l’existence de caractéristiques qui remettent en cause les fondements de notre compréhension actuelle de l’Univers. L’image nous fait découvrir la plus ancienne lumière de notre univers, celle imprimée lorsque le ciel n’avait que 380.000 ans. En effet, on sait que notre univers est né il y a 13,8 milliards d’années et pendant les 380.000 premières années visible à l’image, il était tellement compact qu’aucune lumière n’en jaillissait. À cette époque ce jeune univers était une sorte de magma bouillant de 2.700°C, les protons, les électrons s’entremêlaient, ils se sont peu à peu associés pour former des atomes d’hydrogène et la lumière est venue. L’univers fut mis en rayonnement il y a seulement 370.000 ans, après le Big Bang. Cette lumière s’est étirée avec le temps jusqu’à atteindre les longueurs d’ondes hyper fréquentielles qui correspondaient à une température de 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu, soit le 2,7 Kelvin ou -270,4°C. L’espace s’est alors parsemée de taches plus pâles, les galaxies se sont ainsi formées.

Les premiers atomes se formèrent

Ce flux de photons détectable sur l’ensemble du ciel, la gamme des ondes radio, témoigne de l’état de l’Univers lors de sa prime jeunesse et recèle les traces des grandes structures qui se développeront par la suite. Produit 380.000 ans après le Big Bang, au moment où se formèrent les premiers atomes, il nous arrive quasi inchangé et permet aux scientifiques d’accéder à l’image de ce que fut le cosmos à sa naissance, voici environ 13,8 milliards d’années. Confronter ces mesures aux modèles théoriques nous apporte de multiples informations: non seulement sur l’évolution de l’Univers, depuis l’apparition du rayonnement fossile, mais aussi sur des événements antérieurs qui sont la cause et pour lesquelles les astrophysiciens disposent de peu d’observation.

L’univers est en accord avec l’observation de ces vingt dernières années

Les scientifiques associés à cette recherche du satellite Planck ont déclaré lors de leurs conférences de presse et dans les documents mis en ligne, que cette vue de l’univers est en accord avec l’émergence des planètes observées ces vingt dernières années. En effet, la beauté des étoiles, des galaxies, des supernovas, des explosions stellaires etc., ont été ces dernières années une magnificence. Nous avons observés un cosmos en mouvement tirant les galaxies dans un ensemble, les unes vers les autres. Il montre aussi un univers dominé par une sorte d’énergie noire qui s’étire entraînant les galaxies dans une sorte de collectif. «La qualité extraordinaire du tableau de l’Univers juvénile que nous brosse Planck nous permet de mettre à nu jusqu’à ses fondements sous les différentes strates du temps et met en évidence que notre représentation du cosmos est loin d’être complète. Et c’est l’industrie européenne qui a rendu ces découvertes possibles en développant à cet effet des technologies sans équivalent», a développé Jean-Jacques Dordain, le directeur général de l’ESA.

George Efstathiou de l’Université de Cambridge (Royaume-Uni), a ajouté suite à ces propos que: «depuis la diffusion en 2010 du premier relevé de l’ensemble du ciel acquis par Planck, nous avons soigneusement extrait et analysé toutes les émissions lumineuses d’avant-plan qui se situent entre nous et la lumière originelle émise par l’Univers, ce qui nous a permis de faire apparaître le rayonnement de fond cosmologique d’hyperfréquence avec une précision encore jamais atteinte».

La carte la plus précise jamais obtenue du rayonnement fossile

Le satellite de l’Agence spatiale européenne (ESA), lancé en 2009 et nommée Planck, était dédié à l’étude du rayonnement fossile, il livre aujourd’hui les résultats de ses quinze premiers mois d’observation. Ils apportent un foisonnement d’éléments sur l’histoire et la composition de l’Univers: la carte la plus précise jamais obtenue du rayonnement fossile, la mise en évidence d’un effet prévu par les modèles d’Inflation, une révision à la baisse du rythme de l’expansion de l’Univers, ou encore une nouvelle évaluation de la composition de l’Univers. Bon nombre de ces données ont été obtenues grâce au principal instrument de Planck. La direction de l’Institut d’astrophysique spatiale est composée du CNRS/Université Paris-Sud, avec un financement du CNES et du CNRS. Au début de son lancement il a scruté le ciel, en enregistrant les faibles variations dans un brouillard de micro-ondes de radio qui emplissait le cosmos.

Un univers rempli de taches

De nouvelles données satellitaires soulignent l’existence d’anomalies. L’univers semble être légèrement granuleux, avec des taches, elles pourraient correspondre à la chaleur plus élevée dans le sud, et à une température plus froide dans la moitié nord du ciel. De plus, il y a une grande tache fraîche inexpliquée dans l’hémisphère nord. D’après les scientifiques, ces tâches devraient être recherchées, tôt dans l’histoire de l’univers. Car, lors d’un temps court, mais très violent, 10-35 secondes se seraient écoulées après le Big Bang. Et, l’Univers aurait connu une brusque phase d’expansion et grossi de manière considérable. Planck a permis de valider ces thèses.

Les micro-ondes ont détectées des dates, par l’intermédiaire de Planck. En effet, il y a 370.000 années, c’est-à-dire 10.000 ans après le Big Bang, les cosmologistes pensaient et disaient qu’aucun télescope optique ou radio ne serait jamais en mesure de voir aussi loin dans le temps. Mais les modèles d’observation et de mesure ne pouvaient dater de moins d’un millième de milliardième de seconde après le Big Bang. Ainsi, lorsque l’Univers a montré et connu une violente explosion d’expansion, Planck a permis de démontrer la validité de l’une des prédictions essentielles des théories d’Inflation connu: l’intensité lumineuse des «fluctuations à grande échelle» doit être légèrement supérieure à celle des «fluctuations à petite échelle», du CNRS. En revanche, pour les plus grandes échelles, l’intensité observée est inférieure de 10% aux prédictions de l’Inflation, un mystère qu’aucune théorie ne parvient à expliquer aujourd’hui. Planck confirme par ailleurs avec certitude l’existence d’autres anomalies observées par le passé comme une mystérieuse asymétrie des températures moyennes observées dans des directions opposées ou l’existence d’un point froid.

Le ciel conserve la trace d’un passé brûlant

D’après le «modèle de concordance», la théorie cosmologique qui rassemble la majorité des suffrages scientifiques aujourd’hui, est que notre Univers est issu du Big Bang. Cette période est vraiment singulière de l’espace et du temps. Elle est considérée comme la réelle origine du cosmos, le moment où il était tout à la fois extrêmement dense et chaud. Depuis cette époque, d’après les modèles théoriques et les observations astronomiques, on voit un Univers qui se dilate et se refroidit progressivement. En remontant plus tôt dans l’histoire du cosmos, il est possible d’observer qu’il était encore dense et chaud: le ciel actuel garde la trace de ce passé brûlant, sous la forme d’un très faible rayonnement, dit cosmologique et nommé aussi «rayonnement fossile».

Planck a détecté les variations subtiles de la température, ce qui a donné aux scientifiques une mine d’informations. C’est à dire au cent-millionième de degré près. Les couleurs de l’image de la carte des températures publiées ont été choisies pour montrer l’intensité. Le rouge signifie plus chaud que la moyenne, le bleu est plus froid que la moyenne et le blanc serait la moyenne. Planck indique dans ses résultats que notre univers a plus de matières sombres qu’on ne le pensait. La matière ordinaire et tout ce que nous voyons, comme les planètes et les étoiles, ne représente que 4,9% de tout l’univers. La matière noire, dont l’existence n’a été mise en évidence qu’au travers de l’influence gravitationnelle qu’elle exerce, constitue 26,8% de l’univers, soit près d’un cinquième de plus que l’estimation précédente. A l’inverse, l’énergie sombre, une force mystérieuse pensée pour être responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers, représente moins qu’on ne le pensait.

Jan Tauber, de l’ESA, responsable scientifique du projet a déclaré: «Avec les cartes jamais faites, les plus précises et détaillées du ciel micro-ondes, Planck est comme une peinture, une nouvelle image de l’Univers qui nous pousse à la limite des compréhensions des théories cosmologiques actuelles.» Et d’ajouter: «Nous voyons un ajustement presque parfait du modèle standard de la cosmologie, avec de nouvelles caractéristiques intéressantes, elles nous poussent à repenser certaines de nos hypothèses de base. C’est le début d’une nouvelle aventure et nous espérons que l’analyse continuera et que les nouvelles données de Planck aideront à faire la lumière sur l’énigme de notre Univers».

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