Planck : l’Univers des premiers temps

Lancé avec Herschel, cet autre observatoire spatial de l’extrême va dresser le portrait le plus précis jamais réalisé des débuts du Cosmos.

 

Le satellite Planck dédié à l’étude du rayonnement fossile (illustration). Il a été lancé avec Herschel le 14 mai dernier vers le point de Lagrange L2 à 1,5 million de km de la Terre. Les deux observatoires spatiaux de l’Agence Spatiale Européenne se placeront en orbite autour de ce point pendant le mois de juillet prochain. Crédit : ESA/D. Ducros

Planck salue la mémoire du physicien allemand Max Planck (1858-1947) et, comme celui-ci, entend aider l’humanité à mieux comprendre l’Univers. Pour y parvenir, il vise encore plus loin dans le spectre électromagnétique que son voisin de lancement Herschel (lire ce dossier Enjoy Space) car il dépasse l’infrarouge lointain pour entrer dans le domaine des micro-ondes. Oui, les mêmes qui chauffent vos plats ! Mais avant de passer à table, étudions en détail la recette de Planck...

Remonter le temps encore plus loin
Avec Herschel, nous avons vu que, du fait de l’expansion de l’Univers, la lumière visible émise par des galaxies était décalée vers le rouge et ce d’autant plus qu’elles sont lointaines. De surcroît, regarder loin en astronomie, signifie regarder il y a longtemps puisque la lumière ne se déplace pas instantanément, mais à 300 000 km/s soit 9 461 milliards de km par an (une distance qu’on appelle fort logiquement l’année-lumière). Maintenant, imaginez-vous en train d’observer un objet distant de 13 milliards d’années-lumière. Vous avez deviné, vous voyez cet objet tel qu’il était voici 13 milliards d’années et dans ce cas le décalage de sa lumière dépasse allègrement le rouge, l’infrarouge ou l’infrarouge lointain et «tombe» carrément dans le domaine des micro-ondes. Bien évidemment, vos yeux ne voient rien, mais les instruments de Planck, oui ! Ils scrutent alors la «première lumière» du Cosmos car, il y a un peu plus de 13 milliards d’années, 380 000 ans après le Big Bang pour être plus précis, la température passa sous les 3 000 °C (elle excédait le milliard de degrés avant...) et la matière commença à s’organiser ce qui permit à la lumière de se frayer enfin un passage. Du fait de l’expansion de l’Univers et de la distance parcourue, cette lumière nous parvient considérablement affaiblie et des 3 000 °C de départ il ne reste qu’un faible signal qui ne dépasse que de 2,7 °C le zéro absolu (on parle donc de -270 °C).

Carte du rayonnement fossile selon le satellite WMAP (la plus précise actuellement). Les différences de couleur traduisent d’infimes variations de température. Des «imperfections» autour desquelles la matière va s’agglutiner de plus en plus et ainsi permettre l’émergence des étoiles et galaxies. Crédit : NASA/WMAP Science Team

Pour «voir» ce qui est au bout du compte un instantané de l’Univers venant de naître, les 2 instruments de Planck (LFI et HFI — plus de détail dans En savoir +) doivent travailler en étant plus froids sinon ils ne mesureront que leur propre chaleur... Et c’est le HFI, de conception française avec un partenariat entre le CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) et l’agence spatiale CNES, qui bat tous les records en étant refroidi à l’extrême. À peine 0,1 °C au-dessus du zéro absolu. Une première sur un satellite.

Des grumeaux dans la soupe
Ainsi «réfrigéré», Planck va balayer le ciel en tournant sur lui-même (voir la vidéo un peu plus bas) et peu à peu dresser une carte globale de cette fameuse première lumière aussi appelée rayonnement fossile ou fond diffus cosmologique. Par rapport à ses deux prédécesseurs spatiaux américains, les satellites COBE puis WMAP, l’observatoire de l’Agence Spatiale Européenne multipliera par 3 la résolution et par 10 la finesse de mesure des écarts de température (au millionième de degré près !). Car le rayonnement fossile n’est uniforme qu’en apparence et présente d’infimes variations qui sont autant de «grumeaux» dans la soupe primordiale, véritables amorces des grandes structures de notre Univers comme les étoiles, les galaxies ou amas de galaxies. On comprend dès lors que dresser avec précision la carte de ces irrégularités (les scientifiques parlent d’anisotropies) va contraindre les modèles cosmologiques qui devront s’y conformer.

Cette vidéo montre comment en tournant sur lui-même, Planck va balayer l’ensemble du ciel pour dresser un relevé complet du fond diffus cosmologie et de ses infimes irrégularités. Crédit : ESA

Planck arbitrera du coup quelques débats toujours en cours, par exemple la nature de la matière noire (matière qu’on ne voit pas mais dont on mesure les effets gravitationnels) ou celle de la force noire (qui accélère l’expansion de l’Univers et dont on ignore à peu près tout). Enfin, en mesurant la polarisation du fond diffus cosmologique, cette machine à remonter le temps pourrait mettre en évidence les traces laissées par les ondes gravitationnelles prévues par la théorie de la relativité générale d’Einstein et qui échappent encore aux scientifiques. Des «vagues» qui ne remueront pas que l’espace-temps, mais aussi la physique telle que nous la concevons aujourd’hui. Il risque donc bien d’y avoir un avant et un après Planck et nous ne percevrons peut-être plus l’Univers de la même façon...

La première partie de ce dossier avec Herschel

Publié le 16 juin 2009