Vous n’y verrez sans doute pas grand-chose. Mais pour les astronomes, les informations cachées dans cette nouvelle image de notre Univers alors qu’il n’avait pas plus de 380 000 ans sont précieuses. Pourtant, même si la carte est la plus détaillée jamais obtenue, elle ne permet pas de répondre à certaines questions cruciales.
Imaginez que votre sœur ait décidé d’une sorte de « black-out » sur la naissance de votre neveu. Que de ses premières heures, de ses tout premiers jours à la maternité, il n’existe aucune photo. Et que ce ne soit qu’en rentrant à la maison que la maman laisse enfin diffuser quelques images de son précieux. C’est un peu la situation que vivent les astronomesastronomes. Ils n’ont pas accès aux premières dizaines de milliers d’années de notre Univers. Car aucun photon n’a pu s’échapper de la maternité cosmique. La première image dont ils disposent, c’est celle de ce qu’ils appellent le fond diffus cosmologique – ou CMB pour cosmic microwave background. Un rayonnement qui a été émis environ 380 000 ans après le Big Bang.
C’est le télescope Cosmic Background Explorer (Cobe) de la Nasa qui, dans les années 1980 et 1990, a donné un premier aperçu de la forme de ce rayonnement. Puis, il y a plus de dix ans maintenant, le télescope spatialtélescope spatial PlanckPlanck, de l’Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (ESA) en a fourni aux chercheurs la toute première carte réellement détaillée. Et aujourd’hui, grâce au télescope cosmologique d’Atacama (ACT, Chili), des astronomes de l’université de Princeton (États-Unis) sont allés plus loin encore – même s’ils n’ont forcément eu accès qu’à une moitié du ciel, celle qui est visible depuis l’Amérique du Sud. Non pas plus loin dans le temps. Mais plus loin dans la netteté de l’image. Ils présenteront leurs résultats à l’occasion de la conférence annuelleannuelle de l’American Physical Society.
Des informations précieuses dans ces images détaillées du fond diffus cosmologique
« Le télescope cosmologique d’Atacama offre une résolutionrésolution cinq fois supérieure à celle de Planck et une meilleure sensibilité », explique, dans un communiqué de l’université de Princeton, Sigurd Naess, chercheur à l’université d’Oslo (Norvège) et auteur principal de l’un des nombreux articles rattachés à ces images. « Cela signifie que le faible signal de polarisation de la lumière au moment où se formaient les premières étoiles et les premières galaxiesgalaxies est désormais directement visible. »
Comprenez que les astronomes ont maintenant entre leurs mains de précieuses informations non seulement sur la position des objets à ce stade de l’évolution de l’Univers, mais aussi sur leurs mouvementsmouvements. « Comme l’utilisation des maréesmarées pour déduire la présence de la LuneLune, le mouvement suivi par la polarisation de la lumière nous indique l’intensité de l’attraction gravitationnelle dans différentes parties de l’espace », précise Suzanne Staggs, directrice de l’ACT.
Une vision plus claire de l’histoire de notre Univers
Les nouvelles images diffusées par les astronomes montrent ainsi des régions plus ou moins denses au sein d’une mer d’hydrogènehydrogène et d’héliumhélium. Comme des collines et des vallées qui s’étendent sur des millions d’années-lumièreannées-lumière, avant que la gravitégravité ne fasse son œuvre et pousse les régions de gazgaz les plus denses à former étoilesétoiles et galaxies. De quoi aider les chercheurs à reconstituer l’histoire de l’évolution de notre Univers, à comprendre comment il est est arrivé à devenir l’Univers riche et complexe dans lequel nous nous trouvons aujourd’hui. Et confirmer, par exemple, son âge de l’ordre de 13,8 milliards d’années – avec une incertitude de seulement 0,1 % – et une mesure de son taux d’expansion à environ 67 à 68 kilomètres par seconde par mégaparsec (un parsecparsec équivaut à 3,26 années-lumière) de distance de la Terre.
« Nous avons mesuré avec plus de précision que l’Univers observable s’étend sur près de 50 milliards d’années-lumière dans toutes les directions et contient une massemasse équivalente à 1 900 « zettasoleils », soit près de 2 000 milliards de milliards de soleilssoleils, raconte Erminia Calabrese, professeure d’astrophysiqueastrophysique à l’Université de Cardiff. Sur l’ensemble, la masse de matièrematière normale – celle que nous pouvons voir et mesurer – ne compte que pour 100 zettasoleils. Et 500 autres zettasoleils de masse correspondent à l’insaisissable matière noire. Enfin, l’équivalent de 1 300 zettasoleils correspond à l’énergie noire ».
Des mystères qui restent entiers
« Par leur ampleur, leur profondeur et leur souci du détail, les derniers résultats de l’ACT témoignent de la durabilitédurabilité surprenante du modèle standardmodèle standard de cosmologiecosmologie et de la puissance des mesures du CMB qui permettent de tout sonder, de la naissance de l’Univers aux explosions stellaires », se réjouit Lyman Page, professeur de physiquephysique à l’Université de Princeton. Déjà impatient de voir ce que le nouvel observatoire Simons (Chili), encore plus performant que le télescope cosmologique d’Atacama, pourra apporter de plus à sa mise en service prévue cette année.
Car aussi précise soit-elle, cette nouvelle carte du fond diffus cosmologiquefond diffus cosmologique laisse quelques-uns des plus grands mystères de la cosmologie en suspens. Elle n’apporte aucune preuve de l’existence d’un phénomène encore inconnu – comme une modification du comportement des neutrinosneutrinos et de la matière noirematière noire ou encore des constantes fondamentales de la nature – qui pourrait expliquer la tension de Hubble, par exemple. Comprenez, l’écart entre le taux d’expansion de l’Univers donné par le modèle standard et ce que les astronomes mesurent du mouvement des galaxies – qui donne un taux d’expansion de l’ordre de 73 à 74 kilomètres par seconde par mégaparsec. « Nous espérions trouver un point où le modèle standard se fissurerait, où la nature nous donnerait matière à réflexion. Mais jusqu’à présent, la nature n’a révélé aucune faille. Le modèle standard de la cosmologiemodèle standard de la cosmologie vient de passer avec succès un test d’une précision extraordinaire. Cela approfondit un peu plus le mystère », conclut Colin Hill, chercheur à l’Université ColumbiaColumbia (États-Unis).
