WMAP a commencé à transformer la cosmologie
Lancement de la sonde spatiale américaine Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (W.M.A.P.) destinée à étudier l’anisotropie du rayonnement thermique cosmologique.
WMAP a été construit et testé au Goddard Space Flight Center à Greenbelt, MD. Au printemps 2001, le vaisseau spatial a été transporté par camion à Cap Canaveral pour intégration et lancement. L’équipe WMAP a passé de longues journées à travailler sur les détails et les accrocs. À la fin de juin 2001, tout le travail acharné a porté ses fruits dans un lancement presque parfait et dans les délais.
Le 30 juin 2001, une sonde à instrument unique lancée de Cap Canaveral, en Floride, à bord d’une fusée Delta II, a ouvert une fenêtre précise et exacte sur l’histoire de l’univers.
La sonde d’anisotropie micro-ondes Wilkinson (WMAP) a été conçue pour mesurer la lumière la plus ancienne de l’univers en cartographiant le rayonnement de fond cosmique micro-ondes (CMB). Le rayonnement CMB, découvert par inadvertance en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson, est la chaleur résiduelle du Big Bang. Il imprègne le cosmos et est une clé pour comprendre l’origine, la composition et même l’avenir de l’univers.
L’objectif de WMAP était de cartographier les fluctuations, appelées anisotropie, dans le CMB sur tout le ciel. WMAP a accompli cela en utilisant des radiomètres différentiels à micro-ondes pour mesurer les écarts de température entre des paires de points dans le ciel. Pour s’assurer que WMAP n’enregistre pas les émissions de la galaxie de la Voie lactée, il a utilisé cinq bandes radio distinctes et a été positionné à l’écart du soleil, de la terre et de la lune pour obtenir un point de vue dégagé sur l’espace lointain. WMAP était situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre en orbite autour du deuxième point de Lagrange Soleil-Terre.
Pour capturer les différences de rayonnement micro-ondes à partir de deux points distincts du ciel, l’observatoire WMAP s’est appuyé sur des réflecteurs primaires grégoriens dos à dos focalisés sur des points distants d’environ 140 degrés. Il acheminait les signaux captés vers des récepteurs différentiels logés sous le système optique. Chaque jour, WMAP balayait environ 30 % du ciel. Pour ce faire, il était nécessaire de contrôler soigneusement l’attitude du vaisseau spatial, ce qui a été accompli grâce à une combinaison de suiveurs d’étoiles, de gyroscopes, de capteurs solaires grossiers et fins et de roues de réaction. WMAP a fourni des téléchargements quotidiens au Deep Space Network.
WMAP n’a pas été la première mission de la NASA à détecter des irrégularités dans le CMB : le Cosmic Background Explorer (COBE), lancé par la NASA en 1989, l’a fait plus tôt. Mais WMAP a fourni une résolution, une sensibilité et une précision beaucoup plus grandes dans ses découvertes, apportant une précision sans précédent à la compréhension humaine de l’origine et de l’évolution de l’univers. Cette compréhension a transformé le domaine de la cosmologie.
Grâce à WMAP, les scientifiques ont appris avec une quasi-certitude (marge d’erreur inférieure à 1%) que l’univers avait 13,77 milliards d’années. Ils ont également déterminé que le CMB mesuré par WMAP avait été publié très tôt : environ 375 000 ans après la formation de l’univers. Cela signifiait que l’image du ciel complet capturée par la mission était essentiellement la première « image de bébé » à résolution fine de l’univers. La mission a également révélé des informations importantes, jusque-là inconnues, sur la composition de l’univers : 4 % d’atomes, 23 % de matière noire et 73 % d’énergie noire. De plus, les découvertes scientifiques ont soutenu la théorie de «l’inflation» : que l’univers a connu un premier épisode d’expansion explosif, qui a finalement conduit à la formation de galaxies.
L’équipe comprenait le leader Charles Bennett ainsi que Chris Barnes, Rachel Bean, Olivier Doré, Joanna Dunkley, Benjamin M. Gold, Michael Greason, Mark Halpern, Robert Hill, Gary F. Hinshaw, Norman Jarosik, Alan Kogut, Eiichiro Komatsu, David Larson, Michele Limon, Stephan S. Meyer, Michael R. Nolta, Nils Odegard, Lyman Page, Hiranya V. Peiris, Kendrick Smith, David N. Spergel, Greg S. Tucker, Licia Verde,
La sonde WMAP est un satellite de la NASA dont la mission est d’étudier le ciel pour mesurer la température de la chaleur rayonnante laissée par le Big Bang. Le satellite a été lancé par une fusée Delta II le 30 juin 2001 à 15 h 46 HAE depuis la base aérienne de Cap Canaveral, en Floride, aux États- Unis.
L’objectif de WMAP est de cartographier les différences infimes dans le rayonnement du fond diffus cosmologique (CMB) afin d’aider à tester les théories sur la nature de l’univers. Il est le successeur de COBE et fait partie de la série de satellites explorateurs de classe moyenne (MIDEX).
WMAP porte le nom du Dr David Wilkinson, membre de l’équipe scientifique et pionnier dans l’étude du rayonnement de fond cosmique. Les objectifs scientifiques du WMAP dictent globalement que la température relative du CMB soit mesurée avec précision sur tout le ciel avec une résolution et une sensibilité angulaires élevées. La priorité absolue dans la conception était la nécessité de contrôler les erreurs systématiques dans les cartes finales. L’objectif spécifique de WMAP est de cartographier la température relative du CMB sur tout le ciel avec une résolution angulaire d’au moins 0,3°, une sensibilité de 20 µK par pixel carré de 0,3°, avec des artefacts systématiques limités à 5 µK par pixel.
Pour atteindre ces objectifs, WMAP utilise des radiomètres micro-ondes différentiels qui mesurent les différences de température entre deux points du ciel. WMAP observe le ciel depuis une orbite autour du point de Lagrangien L2 Soleil-Terre, à 1,5 million de km de la Terre.
C’est sur la ligne du Soleil à la Terre, mais à une plus grande distance du Soleil que de la Terre, où la somme de la (plus grande) gravité du Soleil et de la (plus petite) gravité de la Terre est égale à la force centripète nécessaire pour un objet d’avoir la même période orbitale dans son orbite autour du Soleil que la Terre, avec pour résultat que l’objet restera dans cette position relative. La gravité du Soleil est inférieure de 2 % (118 µm/s²) à celle de la Terre (5,9 mm/s²), tandis que l’augmentation de la force centripète requise est la moitié de celle-ci (59 µm/s²). La somme des deux effets est équilibrée par la gravité de la Terre, qui est ici aussi de 177 µm/s².
Ce point de vue offre un environnement d’observation exceptionnellement stable, puisque l’observatoire peut toujours pointer loin du Soleil, de la Terre et de la Lune tout en maintenant une vue dégagée sur l’espace lointain. WMAP scanne le ciel de manière à couvrir environ 30% du ciel chaque jour et comme le point L2 suit la Terre autour du Soleil, WMAP observe le ciel complet tous les six mois. Pour faciliter le rejet des signaux de premier plan de notre propre galaxie, WMAP utilise cinq bandes de fréquences distinctes de 22 à 90 GHz.
Le 11 février 2003, le groupe de relations publiques de la NASA a fait un communiqué de presse concernant l’âge et la composition de l’univers. Cette version comprenait la « photo de bébé » la plus complexe de l’univers prise jusqu’à présent. Selon la NASA, cette image « contient des détails si étonnants qu’elle pourrait être l’un des résultats scientifiques les plus importants de ces dernières années ». Notez que l’image n’était pas l’image de résolution la plus élevée du rayonnement de fond cosmique à micro-ondes à ce moment-là, mais c’était l’image de tout le ciel du rayonnement qui avait de loin le moins de bruit.
Les données triennales du WMAP ont été publiées à midi le 17 mars 2006. Les données comprenaient des mesures de température et de polarisation du CMB, qui fournissent une confirmation plus forte du modèle Lambda-CDM standard.
Résultats jusqu’à présent de WMAP
WMAP a fourni des mesures plus précises de nombreux paramètres cosmologiques que celles fournies par les instruments précédents. Selon les modèles actuels de l’univers, les données WMAP montrent :
L’univers a 13,7 milliards ± 200 millions d’années. [13,82 milliards d’années]
L’univers est composé de :
4% de matière baryonique ordinaire
22% d’un type inconnu de matière noire, qui n’émet ni n’absorbe de lumière.
74% d’une mystérieuse énergie noire, qui agit pour accélérer l’expansion.
Les scénarios cosmologiques d’inflation cosmique sont en meilleur accord avec les données triennales, bien qu’il existe encore une anomalie inexpliquée sur la plus grande mesure angulaire du moment quadripolaire.
La constante de Hubble est de 70 (km/s)/Mpc, +2,4/-3,2
Les données sont cohérentes avec une géométrie plate.
Les résultats de polarisation CMB fournissent une confirmation expérimentale de l’inflation cosmique favorisant les versions les plus simples de la théorie.
https://appel.nasa.gov/2014/06/25/this-month-in-nasa-history-wmap-began-to-transform-cosmology/
https://space.fandom.com/wiki/Wilkinson_Microwave_Anisotropy_Probe