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Nouveaux résultats de Planck : les premières étoiles sont nées plus tard qu'on ne le pensait

09/02/2015 - 11:15

Nouvelles informations sur la matière noire, les neutrinos, les premières étoiles et le modèle cosmologique : la collaboration Planck, incluant une participation majeure de l'Institut d'Astrophysique Spatiale, vient de publier près de vingt nouveaux articles et révèle ainsi d'importants résultats qui permettront de mieux comprendre certaines époques déterminantes de l'histoire de l'Univers.

 

L'histoire de l'Univers est une véritable épopée cosmique qui a commencé il y a quelque 13,8 milliards d'années. Les scientifiques se sont attachés à la déchiffrer dans un détail toujours croissant depuis bien des décennies. Une de leurs sources principales d'information est le Fond Diffus Cosmologique (FDC), ce rayonnement fossile libéré par l'Univers quand celui-ci était très dense et chaud, environ 380000 ans après le Big Bang. Les informations recueillies par le satellite Planck après quatre années d'observation du FDC, dont notamment l'image la plus fine du rayonnement fossile, étaient attendues avec grande impatience par la communauté scientifique. Pour la première fois, l'analyse de ces informations fournit aux scientifiques une image non plus seulement statique de l'Univers, mais aussi désormais dynamique, et leur permet d'explorer en détail les rouages du modèle cosmologique.

 

Les premières étoiles : plus récentes que prévu.

Parmi les nouveaux enseignements tirés des données de Planck, les cosmologistes ont déterminé le taux d'expansion présent de l'Univers. Cela leur a permis de ré-estimer l'âge actuel de l'Univers à 13,77 milliards d'années. Plus étonnant, leur détermination affinée de l'époque où sont nées les toutes premières étoiles situe celle-ci à environ 550 millions d'années après le Big Bang, ce qui est bien plus tard que ce que l'on pensait. Enfin, grâce à la grande précision des données, les astrophysiciens ont été en mesure de cerner les proportions des constituants de l'Univers, qui contient donc 4,9 % de matière ordinaire, 25,9 % de matière noire dont la nature reste encore inconnue, et 69,2 % d'énergie noire, cette forme d'énergie distincte de la matière noire mais de nature encore plus mystérieuse. Cependant, la plus grande nouveauté vient de l'information sur la polarisation de la lumière du FDC. Grâce à elle, les scientifiques sont maintenant capables de tester nombre d'hypothèses à la base de leurs modèles cosmologiques, concernant tant les lois physiques qui gouvernent l'Univers que les propriétés de ses constituants (les neutrinos et la matière noire, par exemple). Aujourd'hui, ces nouvelles données fournissent aux scientifiques du monde entier des fondations particulièrement solides pour l'exploration des époques les plus reculées de l'histoire de l'Univers, toujours plus près du Big Bang.

 

Comprendre le cycle de la matière dans le milieu interstellaire

Un autre domaine fondamental dans lequel les observations de Planck vont permettre à la communauté scientifique d'approfondir sa compréhension de l'Univers concerne le champ magnétique de notre Galaxie. Ce champ est très important car c'est un acteur principal du cycle de vie de la matière interstellaire. La découverte du magnétisme de notre Galaxie est étroitement liée à celle des rayons cosmiques. Sans le champ magnétique, ces particules, accélérées par les supernovæ à des vitesses avoisinant celle de la lumière, auraient rapidement quitté le milieu interstellaire. Cependant, la force due au champ magnétique maintient ces particules confinées dans la Galaxie. Par ailleurs, le champ magnétique est lui-même étroitement lié à la matière interstellaire. Enfin, en présence de champ magnétique, les collisions et le couplage au champ de rayonnement stellaire tendent à aligner les grains de poussière interstellaire. Cet alignement est à l'origine de la polarisation du rayonnement émis par la poussière. Pour la première fois, le satellite Planck a mesuré cette polarisation sur toute la voûte céleste.

 

La matière interstellaire, les champs magnétiques et les rayons cosmiques forment un ensemble dynamique : ils sont fortement couplés les uns aux autres, et l'on ne peut comprendre complètement l'un d'eux sans prendre en compte les deux autres. L'importance du champ magnétique dans ce ménage à trois est connue depuis longtemps, mais les observations dont disposaient les scientifiques jusqu'à présent étaient relativement fragmentaires. Les derniers résultats de la mission Planck vont beaucoup aider dans ce contexte, notamment par ses deux cartes inédites du ciel polarisé. La polarisation du rayonnement synchrotron, de manière similaire à celle de la poussière, trace les lignes de champ magnétique. Ainsi, les données de Planck révèlent, avec un degré de détail sans précédent, la structure globale du champ magnétique Galactique.

 

Contacts à l'IAS :

 Jean-Loup Puget, François Boulanger, Marc-Antoine Miville-Deschênes, Jonathan Aumont

 

Informations complémentaires sur les résultats récents de la mission Planck :

                               
Images Planck de la polarisation du rayonnement synchrotron (gauche) et de la poussière (droite). Les couleurs représentent l'intensité de l'émission tandis que la texture reflète sa polarisation. Dans les régions où la texture est lisse, elle indique la direction du champ magnétique. Les données sont plus difficiles à interpréter là où la texture est très irrégulière. Crédits : ESA / collaboration Planck / M.-A. Miville-Deschênes, CNRS – Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Orsay, France
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