Planck nous fait tourner la tête vers les étoiles !

Par Gaëlle Degrez / Publié le 6 février 2015

Des révélations sur la matière noire, les neutrinos, les premières étoiles, et le modèle cosmologique : la collaboration Planck, dans laquelle l’Institut d’Astrophysique Spatiale (CNRS/UPsud) est très impliqué, vient de publier près d’une vingtaine d’articles dans lesquels sont dévoilés de nombreux résultats qui vont permettre de mieux comprendre les premiers épisodes de la formation de l’Univers.


Schéma explicatif de la formation de l'Univers. © ESA

L’histoire du cosmos est une épopée d’environ 13,8 milliards d’années que les scientifiques s’efforcent de décrypter. Une de leurs sources d’information est le rayonnement cosmologique, une lumière fossile datant de l’époque où l’Univers était chaud et dense, quelques 380 000 ans après le Big Bang.

Les informations recueillies à l’issue des quatre années d’observation du satellite Planck, dont notamment l’image la plus fine jamais obtenue de ce rayonnement fossile, étaient donc attendues avec impatience par la communauté scientifique. Leur analyse permet aux scientifiques d’avoir pour la première fois une image non pas figée mais dynamique de l’Univers jeune et d’explorer tous les rouages du modèle cosmologique.

Les premières étoiles, plus récentes que prévu

Parmi les premiers enseignements issus des données de Planck, les chercheurs ont déterminé le taux actuel d'expansion de l'espace, ce qui les a conduit à estimer l’âge de l’Univers à 13,77 milliards d'années. Ils ont également affiné la détermination de l’époque de la naissance des premières étoiles, qu’ils estiment désormais aux alentours de 550 millions d’années après le Big Bang, soit beaucoup plus tardivement qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

Enfin, grâce à ces données d’une très grande précision, les astrophysiciens ont pu déterminer de façon précise le contenu de l'Univers révélant que 4,9% de son énergie aujourd’hui est composé de matière ordinaire, 25,9% de matière noire, dont la nature reste inconnue, 69,2% d'une autre forme d'énergie, appelée énergie sombre, distincte de la matière noire et dont la nature précise est plus mystérieuse encore.

Mais ce qui a considérablement augmenté avec les données relatives à la polarisation (1) du rayonnement fossile, c’est la capacité des chercheurs à tester un certain nombre d'hypothèses qu'ils font sur l'Univers, que ce soit en rapport avec les lois physiques qui le régissent ou les propriétés de ses constituants (neutrinos et matière noire par exemple). Aujourd’hui, ces données fournissent aux chercheurs du monde entier une base particulièrement solide pour explorer les époques les plus anciennes proches du Big Bang.

Comprendre le cycle de vie de la matière interstellaire

L’autre grand domaine sur lequel les observations de Planck vont permettre à la communauté cosmologique d’approfondir ses connaissances concerne le champ magnétique de notre galaxie. C’est un domaine important car ce champ magnétique est un acteur incontournable du cycle de vie de la matière interstellaire. La découverte du magnétisme de notre Galaxie est liée à celle des rayons cosmiques.

Sans le champ magnétique, ces particules, accélérées par les supernovæ à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, quitteraient rapidement la Galaxie. La force magnétique les retient. Le champ magnétique est lui tenu par la matière interstellaire. La force magnétique tend à aligner les grains de poussière interstellaire, ce qui polarise leur rayonnement. Planck a mesuré pour la première fois cette polarisation sur l’ensemble du ciel.

La matière, le champ magnétique et les rayons cosmiques constituent un ensemble dynamique : ils agissent en interaction les uns avec les autres et nous ne pouvons pas comprendre l’un d’entre eux sans prendre en compte les deux autres. L'importance du champ magnétique dans ce trio est avérée depuis longtemps, mais les observations dont les scientifiques disposent pour l’étudier sont encore trop fragmentaires.

Une des pistes de recherche actuelle est notamment de comprendre comment la gravité se joue du champ magnétique pour initier la formation des étoiles. La mission Planck révèle aujourd’hui deux cartes inédites de la polarisation du ciel. La polarisation de l’émission synchrotron, comme celle de la poussière, indique la direction du champ magnétique. Les données de Planck révèlent ainsi la structure du champ magnétique Galactique avec des détails sans précédent.


Images de la polarisation de l’émission synchrotron (gauche) et de la poussière interstellaire (droite). Les couleurs indiquent l’intensité de l’émission. La texture de l’image reflète la polarisation de l’émission. Là où elle est régulière, elle montre l’orientation du champ magnétique. © ESA/collaboration Planck/M.-A. Miville-Deschênes, CNRS – Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Orsay, France

 

(1) : La polarisation est une propriété de la lumière au même titre que la couleur ou que la direction de propagation. Cette propriété est invisible pour l’œil humain mais elle nous est familière (lunettes de soleil aux verres polarisés, lunettes 3D au cinéma, par exemple). Un faisceau lumineux qui se propage est en fait la résultante de minuscules vibrations d'un champ électrique (E) et d'un champ magnétique (B). Si le champ électrique oscille préférentiellement dans une direction donnée, alors la lumière est polarisée. Certains phénomènes physiques produisent naturellement de la lumière polarisée, et c'est le cas dans le rayonnement fossile.

 

Contacts :
Jean-Loup Puget, investigateur principal de l'instrument HFI de Planck à l'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS-CNRS/UPSud) – puget @ ias.u-psud.fr
François Boulanger, Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS-CNRS/UPSud) - francois.boulanger @ ias.u-psud.fr
Marc-Antoine Miville-Deschênes, Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS-CNRS/UPSud) - marc-antoine.miville-deschenes @ ias.u-psud.fr
Jonathan Aumont, Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS-CNRS/UPSud) - jonathan.aumont @ ias.u-psud.fr

La mission Planck
Lancé en 2009, Planck, le satellite de l’Agence spatiale européenne, qui a achevé ses observations le 14 août 2013, a observé l’ensemble de la voûte céleste dans neuf bandes de fréquence dans le domaine submillimétrique, entre l’infrarouge lointain et le radio. A son bord deux instruments, LFI et HFI, qui observaient le ciel dans le domaine radio pour le premier, dans le domaine submillimétrique et infrarouge lointain pour le second. HFI a été réalisé sous la maîtrise d’œuvre de l’IAS, sous la responsabilité de Jean-Loup Puget. Planck a donné ses premiers résultats cosmologiques en avril 2013, avec l’image la plus fine jamais obtenue du rayonnement fossile.

 

Liens :
Les articles scientifiques sont disponibles sur : http://www.cosmos.esa.int/web/planck/publications
Un résumé en français des résultats avec cartes interactives sur : http://public.planck.fr/actualites-planck/264-planck-devoile-le-cote-dynamique-de-notre-univers
Résumé en anglais avec vidéos : http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck/Planck_reveals_first_stars_were_born_late

Dernière modification le 6 février 2015