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Un télescope pour comprendre la naissance de l'univers

Julien Bergounhoux

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Un télescope pour comprendre la naissance de l'univers

Coucher de soleil au pôle Sud, avec BICEP2 au premier plan

© Steffen Richter - Harvard University

Si l'origine de l'univers fait l'objet de théories nombreuses et généralement consensuelles, l'ancienneté des phénomènes concernés et leur nature elle-même font qu'il est difficile d'étayer lesdites théories par des observations concrètes. C'est pourtant ce qu'annonce avoir accompli une équipe de chercheurs américains, qui a construit, en partenariat avec la Nasa, un téléscope novateur pour observer la naissance de l'univers.

L'univers est né il y a 13,8 milliards d'années, lors du Big Bang. Une fraction de seconde plus tard, il a connu une expansion massive qu'on appelle l'inflation cosmique. Des indices de ces débuts de notre univers sont encore présents dans l'espace sous la forme d'un rayonnement micro-onde omniprésent que l'on appelle le fond diffus cosmologique. De petites fluctuations dans ce rayonnement permettent aux chercheurs de déduire certains détails sur l'état de l'univers à son commencement.

Lors de l'inflation de l'univers, de minuscules variations quantiques ont été amplifiées pour atteindre des proportions énormes, un processus qui, en créant des "vagues de densité", a impacté la formation des galaxies. Mais pour que cette théorie fonctionne, l'inflation doit aussi avoir produit des ondes gravitationnelles, des oscillations dans la courbure de l'espace-temps.

UNE DÉCOUVERTE MAJEURE ?

C'est ce que les observations réalisées par le téléscope BICEP2, situé au pôle Sud, auraient démontré. Dans des documents publiés lundi 17 mars, l'équipe en charge du projet a en effet déclaré qu'elle avait obtenu la preuve que ces ondes avait été créées en abondance lors de l'inflation cosmique.

Elle y serait parvenue en détectant un motif de polarisation caractéristique en forme de spirale laissé par les ondes en question sur le fond diffus cosmologique, appelé "B-mode polarization" (voir photo ci-contre). Pour détecter ce motif unique aux ondes gravitationnelles, l'équipe menée entre autres par Jamie Bock de Caltech et Chao-Lin Kuo de l'Université de Stanford a examiné le ciel en couvrant un à cinq degrés à la fois (l'équivalent de deux à dix fois la taille d'une pleine lune), ce qui lui a permis d'engranger des photons depuis de larges portions du fond diffus cosmologique, et ce dans une zone (le pôle Sud) où l'on peut clairement voir la voie lactée. L'air froid et sec fait de cette zone l'une des plus claires sur Terre, la rendant parfaite pour observer les micro-ondes émanant du Big Bang.

UNE TECHNOLOGIE DÉDIÉE

Les chercheurs ont dû inventer une technologie complètement nouvelle pour effectuer ces mesures. Développée au laboratoire JPL de la Nasa, elle s'apparente à placer un appareil photo sur un circuit imprimé. Le circuit imprimé comprend une antenne qui concentre et filtre la lumière polarisée, un détecteur qui transforme la radiation en chaleur, et un thermomètre superconducteur pour mesurer la chaleur en question. Le BICEP2 utilise 512 détecteurs au total, ce qui a permis de faire des observations près de 10 fois plus rapidement qu'avec les précédentes technologies utilisées. Le nouveau projet de l'équipe, actuellement en cours, comprend quant à lui 2560 détecteurs.

Les chercheurs ont été surpris de trouver des signaux beaucoup plus forts qu'escompté. Ils ont analysé leurs données pendant plus de trois ans pour s'assurer qu'il n'y avait pas d'erreur, et elles vont maintenant être examinées par leurs pairs pour s'assurer qu'ils ne se sont pas trompés.

Toutes les données ainsi que les détails techniques sont disponibles en libre consultation sur un site dédié.


Le capteur de BICEP2 au sein du JPL

Actualisalition au 02/02/2015 : Après une année de controverse concernant ces résultats, une publication analysant les données de Bicep2/Keck Array et du satellite Planck a confirmé que l'existence d'ondes gravitationnelles liées à l'inflation de l'univers n'est pas démontrée par les observations de BICEP2.

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