On pense que le fond cosmique des micro-ondes (CMB) est un rayonnement résiduel du Big Bang, ou du moment où lunivers a commencé. Selon la théorie, lorsque lunivers est né, il a subi une inflation et une expansion rapides. (Lunivers est toujours en expansion aujourdhui, et le taux dexpansion semble différent selon lendroit où vous regardez). Le CMB représente la chaleur laissée par le Big Bang.
Vous ne pouvez pas voir le CMB à lœil nu, mais il est partout dans lunivers. Il est invisible pour humains parce quil fait si froid, à seulement 2,725 degrés au-dessus du zéro absolu (moins 459,67 degrés Fahrenheit, ou moins 273,15 degrés Celsius.) Cela signifie que son rayonnement est le plus visible dans la partie micro-ondes du spectre électromagnétique.
Origines et découverte
Lunivers a commencé il y a 13,8 milliards dannées, et le CMB remonte à environ 400 000 ans après le Big Bang. Cest parce que dans les premiers stades de lunivers, alors quil ny en avait quune centaine -Millionième de sa taille aujourdhui, sa température était extrême: 273 millions de degrés au-dessus du zéro absolu, selon la NASA.
Tous les atomes présents à ce moment-là ont été rapidement décomposés en petites particules (protons et électrons). Le rayonnement du CMB dans les photons (particules représentant des quantums de lumière ou autre rayonnement) était dispersé sur les électrons. « Ainsi, les photons ont erré dans lunivers primitif, tout comme la lumière optique erre dans un brouillard dense », a écrit la NASA.
Environ 380 000 ans après le Big Bang, lunivers était suffisamment frais pour que lhydrogène puisse se former. Parce que les photons CMB sont à peine affectés en frappant lhydrogène, les photons voyagent en lignes droites. Les cosmologistes font référence à une «surface de la dernière diffusion» lorsque les photons CMB ont atteint la matière pour la dernière fois; après cela, lunivers était trop grand. Ainsi, lorsque nous cartographions le CMB, nous repensons à 380 000 ans après le Big Bang, juste après que lunivers soit opaque aux radiations.
Le cosmologiste américain Ralph Apher a prédit pour la première fois le CMB en 1948, alors quil travaillait avec Robert Herman et George Gamow, selon la NASA. Léquipe faisait des recherches liées à la nucléosynthèse du Big Bang, ou à la production déléments dans lunivers en plus de lisotope (type) le plus léger de lhydrogène. Ce type dhydrogène a été créé très tôt dans lhistoire de lunivers.
Mais le CMB a été découvert pour la première fois par accident. En 1965, deux chercheurs des laboratoires Bell Telephone (Arno Penzias et Robert Wilson) créaient un récepteur radio, et ont été perplexes par le bruit quil captait. Ils se sont vite rendu compte que le bruit venait uniformément de partout dans le ciel. Au même moment, une équipe de lUniversité de Princeton (dirigée par Robert Dicke) essayait de trouver le CMB. Léquipe de Dicke a eu du vent de lexpérience Bell et a réalisé que le CMB avait été trouvé.
Les deux équipes ont rapidement publié des articles dans lAstrophysical Journal en 1965, avec Penzias et Wilson parlant de ce quils ont vu, et léquipe de Dicke expliquant ce que cela signifie dans le contexte de lunivers. (Plus tard, Penzias et Wilson a tous deux reçu le prix Nobel de physique en 1978).
Étudier plus en détail
Le CMB est utile aux scientifiques car il nous aide à apprendre comment lunivers primitif sest formé. une température uniforme avec seulement de petites fluctuations visibles avec des télescopes précis. « En étudiant ces fluctuations, les cosmologistes peuvent en apprendre davantage sur lorigine des galaxies et des structures à grande échelle des galaxies et ils peuvent mesurer les paramètres de base de la théorie du Big Bang », a écrit la NASA.
Alors que des parties du CMB ont été cartographiées dans les décennies qui ont suivi sa découverte, la première carte du ciel intégral basée dans lespace provenait de la mission Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA, qui a été lancée en 1989 et a cessé. opérations scientifiques en 1993. Cette « image de bébé » de lunivers, comme N ASA lappelle, a confirmé les prédictions de la théorie du Big Bang et a également montré des indices de structure cosmique qui navaient pas été vus auparavant. En 2006, le prix Nobel de physique a été décerné aux scientifiques du COBE John Mather du NASA Goddard Space Flight Center, et George Smoot de lUniversité de Californie à Berkeley.
Une carte plus détaillée est arrivée en 2003 grâce à la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), qui a été lancée en juin 2001 et a cessé de collecter des données scientifiques données en 2010. La première image fixait lâge de lunivers à 13,7 milliards dannées (une mesure depuis affinée à 13,8 milliards dannées) et a également révélé une surprise: les étoiles les plus anciennes ont commencé à briller environ 200 millions dannées après le Big Bang, bien avant prédit.
Les scientifiques ont suivi ces résultats en étudiant les tout premiers stades dinflation de lunivers (dans le trillionième de seconde après la formation) et en donnant des paramètres plus précis sur la densité des atomes, les bosses de lunivers et dautres propriétés de lunivers peu de temps après sa formation. Ils ont également vu une étrange asymétrie des températures moyennes dans les deux hémisphères du ciel, et un «point froid» plus grand que prévu. Léquipe WMAP a reçu le prix de la percée 2018 en physique fondamentale pour ses travaux.
En 2013, des données du télescope spatial Planck de lAgence spatiale européenne ont été publiées, montrant limage de la plus haute précision du CMB à ce jour. a découvert un autre mystère avec cette information: les fluctuations de la CMB à de grandes échelles angulaires ne correspondaient pas aux prévisions. Planck a également confirmé ce que WMAP a vu en termes dasymétrie et de point froid. Les données finales de Planck en 2018 (la mission a fonctionné entre 2009 et 2013) ont montré plus de preuves que la matière noire et lénergie noire – des forces mystérieuses qui sont probablement derrière laccélération de lunivers – semblent exister.
Dautres efforts de recherche ont tenté dexaminer différents aspects du CMB. La première consiste à déterminer les types de polarisation appelés modes E (découverts par linterféromètre à échelle angulaire en degrés basé sur lAntarctique en 2002) et modes B. Les modes B peuvent être produits à partir de la lentille gravitationnelle des modes E (cette lentille a été vue pour la première fois par le télescope du pôle sud en 2013) et des ondes gravitationnelles (qui ont été observées pour la première fois en 2016 à laide de lobservatoire avancé des ondes gravitationnelles à interféromètre laser, ou LIGO). En 2014, linstrument BICEP2 basé en Antarctique aurait trouvé des modes B dondes gravitationnelles, mais dautres observations (y compris des travaux de Planck) ont montré que ces résultats étaient dus à la poussière cosmique.
À la mi-2018 , les scientifiques sont toujours à la recherche du signal qui a montré une brève période dexpansion rapide de lunivers peu après le Big Bang. À ce moment-là, lunivers devenait plus grand à un rythme plus rapide que la vitesse de la lumière. Si cela se produit, les chercheurs soupçonnent que cela devrait être visible dans le CMB grâce à une forme de polarisation. Une étude menée cette année-là a suggéré quune lueur de nanodiamants crée une lumière faible, mais perceptible, qui interfère avec les observations cosmiques. Maintenant que cette lueur est prise en compte, de futures enquêtes pourraient la supprimer pour mieux rechercher la faible polarisation dans le CMB, ont déclaré les auteurs de létude à lépoque.