Le rayonnement fossile par Planck
Les infimes fluctuations de la température du rayonnement fossile observées par le satellite Planck de l’Agence Spatiale Européenne. Les zones bleues sont légèrement plus froides que la moyenne et indiquent des régions plus denses qui formeront plus tard les structures que nous observons aujourd’hui dans l’Univers : amas de galaxies, galaxies et étoiles. Crédit : ESA/Planck Collaboration

Planck et le rayonnement fossile

Lancé en 2009, le satellite Planck observe le ciel dans le domaine des micro-ondes. Son objectif est d’analyser le rayonnement fossile, une relique de l’Univers primordial. Ce rayonnement est né 380.000 ans après le Big Bang, lors de la formation des premiers atomes, lorsque la température de l’Univers était d’environ 3000 degrés. Après plus de 13 milliards d’années d’expansion, sa température est tombée à 2,73 degrés au-dessus du zéro absolu (soit environ -270 degrés Celsius) et son émission est par conséquent maximale dans le domaine micro-onde.

Le rayonnement fossile est d’une extrême uniformité : sa température est la même dans toutes les directions du ciel. Cependant, si on l’observe avec une précision de l’ordre du cent-millième, on commence à apercevoir d’infimes variations de la température selon la direction du ciel par rapport à la valeur moyenne. Ce sont ces fluctuations, appelées l’anisotropie du rayonnement fossile, que Planck a pour mission d’analyser. Deux observatoires spatiaux de la NASA, COBE en 1989 et WMAP en 2001, ont déjà étudié ces variations, mais Planck apporte une meilleure résolution angulaire, une meilleure sensibilité et une plus grande gamme de fréquence.

Les mesures plus précises de Planck

Les résultats qui viennent d’être publiés apportent donc des mesures plus précises de certains paramètres cosmologiques. L’âge de l’Univers est revu à la hausse de 80 millions d’années, il est maintenant estimé à 13.82 milliards d’années. Le taux d’expansion de l’Univers, mesuré par la constante de Hubble, est revu à la baisse, la valeur de la constante tombe à 67.15 kilomètres par seconde et par mégaparsec (le mégaparsec est égal à 3.26 millions d’années-lumière) au lieu de la valeur de 71 mesurée par WMAP. Le rapport entre les différentes formes de matière et d’énergie de l’Univers est également calculé plus précisément, avec dorénavant 4,9 pour cent de matière ordinaire, 26,8 pour cent de matière noire et 68,3 pour cent d’énergie noire (les anciennes estimations étaient respectivement de 4,5, 22,7 et 72,8).

Planck confirme également deux anomalies qui n’ont pas encore d’explication. D’abord, le rayonnement n’est pas parfaitement uniforme à grande échelle, c’est-à-dire qu’on observe une légère asymétrie de la température moyenne dans des directions opposées du ciel, une sorte de direction privilégiée de l’expansion que les modèles cosmologiques standards ne peuvent pas expliquer. Ensuite, Planck confirme l’existence d’un point froid, une zone assez grande de température légèrement plus faible que la moyenne qui ne peut pas être expliquée comme une simple fluctuation statistique. Ces deux anomalies avaient déjà été suggérées par la mission WMAP, mais on les attribuait à des variations statistiques plutôt qu’à un phénomène réel. Leur existence et leur nature cosmologique sont maintenant bien établies et restent donc à expliquer.

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