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L’« aube cosmique » s’est produite plus tard que prévu

by CIFAR mars 2 / 15

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Graphique de la polarisation du rayonnement cosmique. Image : European Space Agency

Le satellite Planck a révélé que l’Univers a créé ses premières étoiles 140 millions d’années plus tard que prévu.

Des données expérimentales passées, brouillées par l’interférence issue de la poussière, avaient suggéré que les premières étoiles étaient nées environ 420 millions d’années après le Big Bang. Mais les mesures plus précises de la polarisation du fonds diffus cosmologique par Planck – les vestiges de la première lumière de l’Univers – ont démontré que les électrons et les protons des premières étoiles ont commencé à interagir avec le fonds diffus cosmologique un peu plus tard que prévu.

Cette nouvelle date de naissance correspond davantage avec l’histoire de l’Univers, qui commence il y a 13,8 milliards d’années, y compris la formation des premières galaxies. « Nous étions aux prises avec une énigme que Planck a su partiellement résoudre grâce à ses résultats », explique J. Richard Bond (Université de Toronto), chef de l’équipe canadienne du télescope Planck et directeur du programme Cosmologie et gravité de l’ICRA. L’équipe Planck compte aussi Barth Netterfield (Université de Toronto), Boursier principal de l’ICRA, George Efstathiou (Université de Cambridge), Associé de l’ICRA et Simon White (Institut Max Planck d’astrophysique), conseiller de l’ICRA.

Un autre des articles de la nouvelle série publiée par les chercheurs de Planck, écrit en collaboration avec des chercheurs du télescope BICEP2 du pôle Sud, confirme que BICEP2 n’a pas détecté d’ondes gravitationnelles issues de l’inflation l’année dernière, contrairement à ce que l’on pensait. Plutôt que de détecter des ondes dans l’espace-temps causées par l’expansion rapide de l’Univers quelques instants après le Big Bang, l’instrument a été dérouté par la poussière cosmique.

« Il existe peut-être quand même un signal primordial des ondes gravitationnelles, mais il est encore trop occulté par la poussière pour le savoir », explique Bond. Netterfield et Mark Halpern (Université de la Colombie-Britannique), Boursier principal de l’ICRA, collaborent au programme BICEP2.

Globalement, la nouvelle publication d’articles scientifiques par la collaboration Planck brosse un portrait du jeune Univers qui confirme le modèle cosmologique standard avec plus de précision que jamais, depuis le Big Bang et l’inflation, jusqu’à un long et lent processus de refroidissement, d’expansion et de formation des corps célestes.

En outre, cela précise les détections de la gravitation lenticulaire, c’est-à-dire comment la gravité fléchit la lumière quand une masse comme une planète se dresse sur son chemin. « Pour nous les astronomes, cette percée sur le plan de la gravitation lenticulaire est un résultat d’importance, car nous nous en servons pour mieux cerner la nature de l’énergie sombre », explique Bond.

La gravitation lenticulaire a permis à Planck d’estimer avec une grande précision la proportion de la matière dans l’Univers qui prend la forme d’énergie sombre – 69 % plus ou moins 1 %. Selon Bond, les données contraignent beaucoup certaines théories gravitationnelles modifiées qui pourraient reproduire des aspects de l’énergie sombre. « Tout est encore en place pour l’explication la plus simple qui met en jeu la constante cosmologique, même si cela est incroyablement mystérieux. »

Le programme Cosmologie et gravité de l’ICRA a passé les 29 dernières années à essayer de relever le défi inouï de trouver une explication à tout et ses membres mettent l’accent sur l’étude du fonds diffus cosmologique. « Le programme a beaucoup contribué au développement mondial de la recherche sur le fonds diffus cosmologique », ajoute Bond.

De la première détection des fluctuations de température dans le fonds diffus cosmologique, ou anisotropies, quand Stephen Hawking était membre du programme au début des années 1990, à l’expérience Boomerang, WMAP, et maintenant Planck, Bond dit que le niveau d’enthousiasme en cosmologie et gravité va croissant.

« Ce foisonnement de percées expérimentales a mené à la période remarquable où nous nous trouvons que les gens appellent l’âge d’or de la cosmologie. »

– Lindsay Jolivet