Le télescope Planck révèle un Univers presque parfait
Univers plus ancien qu’on ne le pensait – L’univers a 13,82 milliards d’années selon le calcul du télescope Planck
L’Agence spatiale européenne révèle de nouvelles données indiquant que l’univers a 13,82 milliards d’années
L’image est basée sur les 15,5 premiers mois de données de Planck et est la première image de tout le ciel de la mission de la lumière la plus ancienne de notre univers, imprimée sur le ciel alors qu’elle n’avait que 380 000 ans.
À cette époque, le jeune Univers était rempli d’une soupe chaude et dense de protons, d’électrons et de photons en interaction à environ 2 700 °C. Lorsque les protons et les électrons se sont joints pour former des atomes d’hydrogène, la lumière a été libérée. Au fur et à mesure de l’expansion de l’Univers, cette lumière s’est aujourd’hui étendue aux longueurs d’onde micro-ondes, ce qui équivaut à une température de seulement 2,7 degrés au-dessus du zéro absolu.
Ce « fond diffus cosmologique » [« Cosmic Microwave Background »]– CMB – montre de minuscules fluctuations de température qui correspondent à des régions de densités légèrement différentes à des époques très reculées, représentant les germes de toute structure future : les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui.
Selon le modèle standard de la cosmologie, les fluctuations sont apparues immédiatement après le Big Bang et se sont étendues à de grandes échelles cosmologiques pendant une brève période d’expansion accélérée connue sous le nom d’inflation.
Planck a été conçu pour cartographier ces fluctuations dans tout le ciel avec une résolution et une sensibilité plus grandes que jamais. En analysant la nature et la distribution des graines dans l’image CMB de Planck, nous pouvons déterminer la composition et l’évolution de l’Univers depuis sa naissance jusqu’à nos jours.
Dans l’ensemble, les informations extraites de la nouvelle carte de Planck fournissent une excellente confirmation du modèle standard de cosmologie avec une précision sans précédent, établissant une nouvelle référence dans notre manifeste du contenu de l’Univers.
Mais parce que la précision de la carte de Planck est si élevée, elle a également permis de révéler certaines caractéristiques particulières inexpliquées qui pourraient bien nécessiter une nouvelle physique pour être comprises.
« L’extraordinaire qualité du portrait de Planck de l’Univers naissant nous permet de remonter ses couches jusqu’aux fondations mêmes, révélant que notre plan du cosmos est loin d’être complet. De telles découvertes ont été rendues possibles grâce aux technologies uniques développées à cet effet par l’industrie européenne », déclare Jean-Jacques Dordain, directeur général de l’ESA.« Depuis la publication de la première image de tout le ciel de Planck en 2010, nous avons soigneusement extrait et analysé toutes les émissions de premier plan qui se situent entre nous et la première lumière de l’Univers, révélant le fond cosmique des micro-ondes dans les moindres détails », ajoute George. Efstathiou de l’Université de Cambridge, Royaume-Uni.
L’une des découvertes les plus surprenantes est que les fluctuations des températures du CMB à de grandes échelles angulaires ne correspondent pas à celles prédites par le modèle standard – leurs signaux ne sont pas aussi forts que prévu à partir de la structure à plus petite échelle révélée par Planck.
Nouvelle recette cosmique
Au-delà des anomalies, cependant, les données de Planck se conforment spectaculairement bien aux attentes d’un modèle assez simple de l’Univers, permettant aux scientifiques d’extraire les valeurs les plus raffinées à ce jour pour ses ingrédients.
La matière normale qui compose les étoiles et les galaxies ne représente que 4,9 % de la densité masse/énergie de l’Univers. La matière noire, qui n’a jusqu’à présent été détectée qu’indirectement par son influence gravitationnelle, représente 26,8%, soit près d’un cinquième de plus que l’estimation précédente.
À l’inverse, l’énergie noire, une force mystérieuse que l’on pense responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers, représente moins qu’on ne le pensait auparavant.
Enfin, les données de Planck ont également défini une nouvelle valeur pour la vitesse à laquelle l’Univers s’étend aujourd’hui, connue sous le nom de constante de Hubble. À 67,15 kilomètres par seconde par mégaparsec, c’est nettement moins que la valeur standard actuelle en astronomie. Les données impliquent que l’âge de l’Univers est de 13,82 milliards d’années.
« Avec les cartes les plus précises et les plus détaillées du ciel hyperfréquence jamais réalisées, Planck brosse un nouveau tableau de l’Univers qui nous pousse aux limites de la compréhension des théories cosmologiques actuelles », déclare Jan Tauber, scientifique du projet Planck à l’ESA.
« Nous voyons un ajustement presque parfait au modèle standard de la cosmologie, mais avec des caractéristiques intrigantes qui nous obligent à repenser certaines de nos hypothèses de base.
« C’est le début d’un nouveau voyage et nous espérons que notre analyse continue des données de Planck aidera à faire la lumière sur cette énigme. »
Le vaisseau spatial européen Planck a obtenu la carte la plus précise et la plus détaillée jamais réalisée de la lumière la plus ancienne de l’univers. Les résultats de la carte suggèrent que l’univers s’étend plus lentement que ne le pensaient les scientifiques et qu’il a 13,82 milliards d’années, soit 100 millions d’années de plus que les estimations précédentes. Les données montrent également qu’il y a moins d’énergie noire et plus de matière dans l’univers qu’on ne le savait auparavant.
« Les astronomes du monde entier attendaient avec impatience cette carte », a déclaré Joan Centrella, scientifique du programme Planck au siège de la NASA à Washington. « Ces mesures sont extrêmement importantes pour de nombreux domaines scientifiques, ainsi que pour les futures missions spatiales. Nous sommes ravis d’avoir travaillé avec l’Agence spatiale européenne sur une entreprise aussi historique. »
Le taux d’expansion nouvellement estimé de l’univers, connu sous le nom de constante de Hubble, est de 67,15 plus ou moins 1,2 kilomètre/seconde/mégaparsec. Un mégaparsec représente environ 3 millions d’années-lumière. C’est moins que les estimations antérieures dérivées des télescopes spatiaux, tels que Spitzer et Hubble de la NASA, utilisant une technique différente. La nouvelle estimation de la teneur en matière noire dans l’univers est de 26,8%, contre 24%, tandis que l’énergie noire tombe à 68,3%, contre 71,4%. La matière normale est maintenant de 4,9%, contre 4,6%.
Planck est une mission de l’Agence spatiale européenne. La NASA a fourni une technologie permettant la mission pour les deux instruments scientifiques de Planck, et des scientifiques américains, européens et canadiens travaillent ensemble pour analyser les données de Planck.
La carte, basée sur les 15,5 premiers mois d’observations de tout le ciel de la mission, révèle de minuscules fluctuations de température dans le fond cosmique des micro-ondes, une lumière ancienne qui a voyagé pendant des milliards d’années depuis le tout premier univers pour nous atteindre. Les modèles de lumière représentent les graines des galaxies et des amas de galaxies que nous voyons autour de nous aujourd’hui.
« Alors que cette lumière ancienne se déplace vers nous, la matière agit comme une course d’obstacles qui se met en travers de son chemin et modifie légèrement les modèles », a déclaré Charles Lawrence, le scientifique américain du projet Planck au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. « La carte de Planck révèle non seulement l’univers très jeune, mais aussi la matière, y compris la matière noire, partout dans l’univers. »
Planck a été lancé en 2009 et scrute le ciel depuis, cartographiant le fond cosmique des micro-ondes, la rémanence du big bang théorisé qui a créé notre univers. Ce rayonnement relique fournit aux scientifiques un instantané de l’univers 370 000 ans après le big bang.
L’âge, le contenu et d’autres traits fondamentaux de notre univers sont décrits dans le soi-disant « modèle standard » de la cosmologie, qui a été développé au fil des ans par les astronomes. Ces nouvelles données ont permis aux chercheurs de tester et d’améliorer le modèle standard avec la plus grande précision à ce jour. En même temps, certaines caractéristiques curieuses sont observées qui ne correspondent pas tout à fait à l’image simple. Par exemple, le modèle suppose que le ciel est le même partout, mais que les motifs lumineux sont asymétriques sur les deux moitiés du ciel et qu’il existe une tache s’étendant sur une portion de ciel plus grande que prévu.
« D’une part, nous avons un modèle simple qui correspond extrêmement bien à nos observations, mais d’autre part, nous voyons des caractéristiques étranges qui nous obligent à repenser certaines de nos hypothèses de base », a déclaré Jan Tauber, du projet Planck de l’Agence spatiale européenne scientifique basé aux Pays-Bas. « C’est le début d’un nouveau voyage, et nous espérons que notre analyse continue des données de Planck aidera à faire la lumière sur cette énigme. » 
https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2013/21mar_cmb
http://planete.gaia.free.fr/astronomie/cosmologie/chiffres.html#cch