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Sonder la structure à grande échelle de l'univers

Astronomie : Sonder la structure à grande échelle de l'univers

Selon l'astrophysicien Naoki Seto du California Institute of Technology, «Les grandes fluctuations angulaires du CMBR contiennent des informations précieuses sur les plus grandes fluctuations d'échelle spatiale, mais elles sont également contaminées par la puissance (moins intéressante) de petite échelle. Par conséquent, si nous pouvons supprimer les applications à petite échelle spatiale, nous pouvons obtenir une image plus nette des caractéristiques potentiellement anormales de notre univers. "

Tout se résume à filtrer les distractions. Supposons qu'une personne d'un autre pays vous demande où vous habitez et vous décrit les fissures dans l'allée principale et l'angle du panneau accroché au poteau au bout de la rue. Ce n'est pas très utile, dites-vous, surtout à quelqu'un qui vit dans une partie du monde totalement différente. Les données de WMAP sont comme ça. Bien qu'il révèle de légères fluctuations de la température dans le CMBR à travers le ciel, ces fluctuations sont principalement associées à la dispersion du CMBR par la matière «proche». En conséquence, elles sont «contaminées» par l'influence expansionniste de l'énergie noire associée aux galaxies jusqu'à plusieurs milliards d'années-lumière. D'un point de vue astronomique, les fluctuations du CMBR sont causées par des fissures proches de la chaussée. En fin de compte, l'objectif est de voir la «grande image» de l'univers entier. Tout est une question d'échelle…

Qu'allons-nous apprendre sur l'univers à partir de telles variations à grande échelle? «Vous pouvez étudier des comportements intéressants de l’inflation qui pourraient générer des perturbations des semences pour la structure cosmique, comme les galaxies», explique Naoki.

Dès le début, une forme d’énergie curieuse a dominé l’univers (durant la phase dite hyper-inflationniste). À cette époque, l'influence attractive de la matière n'était pas un facteur et le ballon universel s'est développé incroyablement rapidement. Plus tard, lorsque la matière a dominé, la gravitation a freiné le processus, l’Univers a ralenti et le ballon a peut-être à peine réussi à continuer à se dilater. Après la décélération, un autre moteur est entré en jeu - la force mystérieuse appelée «énergie sombre». L'influence contraignante de la gravité a été surmontée et l'Univers a repris son expansion, mais à un rythme plus lent. À notre époque actuelle, des études sur la lumière de supernovas lointaines ont montré que l'expansion du ballon universel s'accélère à nouveau. Nous vivons une époque d'inflation universelle et les questions relatives à l'inflation, ainsi que la possibilité d'une énergie sombre qui la conduit, peuvent être résolues en étudiant les cycles antérieurs d'expansion plus lente.

Naoki et la collaboratrice Caltech, Elena Pierpaoli, espèrent éliminer les effets de l’énergie noire en étudiant la polarisation du rayonnement micro-onde arrivant sur notre système solaire depuis la direction des amas de galaxies plus anciennes. Une possibilité consiste à utiliser une future sonde de type WMAP capable d'une résolution de détail plus élevée pour collecter le rayonnement micro-ondes en provenance de régions où le CMBR était autrefois dispersé par des nuages ​​distants d'électrons libres dans l'espace. La diffusion des électrons se produisant naturellement là où se trouve la matière, les amas de galaxies sont des candidats idéaux. Le problème, c'est que ces groupes doivent être suffisamment éloignés pour donner une image de la dispersion telle qu'elle s'est produite il y a longtemps. En nous concentrant sur les grappes de galaxies situées à sept milliards d'années-lumière, nous pouvions voir le CMBR tel qu'il apparaissait à partir de grappes alors que l'univers était à la moitié de son âge actuel. L'énergie noire au travail ne serait alors pas aussi forte qu'elle l'est maintenant.

L'image résultante pourrait fournir des indices importants liés aux informations émanant du groupe de projet WMAP. Il est possible que, aux plus grandes échelles, l'univers soit très différent de ce que l'on pensait à l'origine comme étant vrai. «En gros, dit Naoki, nous nous attendions à ce qu'il n'y ait pas de longueur caractéristique dans l'univers observable à la plus grande échelle. Cela inclut le spectre spatial des fluctuations et la forme de l'univers. "

D'autres chercheurs ont également envisagé d'utiliser des amas de galaxies pour sonder la structure à grande échelle dans l'univers. Mais ces chercheurs n'étaient pas convaincus que l'approche fonctionnerait. Naoki et Elena ont découvert deux facteurs importants qui n’étaient pas suffisamment soulignés dans les études précédentes. Premièrement, ils ont lié les fluctuations obscurcissantes à petite échelle de l'anisotropie des CMBR à l'influence de l'énergie noire associée à l'ère de l'accélération actuelle. Deuxièmement, ils ont déterminé que cet obscurcissement pourrait être minimisé en exploitant les effets de diffusion projetés à partir de grappes de galaxies distantes de 7 milliards d'années lumière. Ensemble, ces deux idées pourraient permettre de voir les structures universelles à la plus grande échelle qui influencent les choses aujourd'hui.

Selon Elena: «La beauté de ce que nous avons montré est que la quantité observable que nous proposons d'utiliser est une fonction qui varie très lentement dans le ciel. Pour pouvoir effectuer une cartographie d'observation, vous n'avez pas besoin d'une expérience haute résolution sur tout le ciel, mais vous devez observer les objets ciblés uniformément répartis dans le ciel. À l’observation, c’est une tâche beaucoup plus facile que de cartographier tout le ciel avec cette résolution.

Malheureusement, il n’est pas possible pour le WMAP d’atteindre le degré de résolution requis pour faire ressortir les structures à plus grande échelle évoquées dans les données originales. Pour cette raison, il peut s'écouler plusieurs années avant que les informations nécessaires à Naoki, Elena et autres astrophysiciens soient collectées. La prochaine sonde devant être lancée est Planck de l'ESA en 2007. Malgré une sensibilité et une résolution accrues de Planck, les signaux nécessaires sont si faibles qu'il sera difficile d'éliminer les autres signaux concurrents de ceux polarisés par des amas de galaxies distants. . Toutefois, les futurs instruments au sol à haute altitude, tels que ACT, APEX-SZm et SPT, peuvent fournir l’ouverture nécessaire pour résoudre les régions de la taille d’une arche nécessaire pour faire ressortir les plus grandes structures de l’Univers. Le télescope Cornell-Caltech Atacama instrument un instrument à ondes submillimétriques de 25 mètres de long en cours d'étude de faisabilité pourrait être sensible à ces effets. Le CCAT devrait collecter les premiers photons au début de la prochaine décennie. Un tel instrument devrait pouvoir résoudre les signaux séparés par 0, 5 minute d'arc (1/60 de diamètre de la Lune).

Ah, quelle ironie! Pour cartographier les plus grandes structures d'il y a 7 milliards d'années, nous devons encore voir quelques fissures dans la chaussée.

A propos de l'auteur:
Inspiré par le chef-d'œuvre du début des années 1900: "Le ciel à travers les télescopes à trois, quatre et cinq pouces", Jeff Barbour a débuté dans l'astronomie et les sciences de l'espace à l'âge de sept ans. Actuellement, Jeff consacre une grande partie de son temps à observer les cieux et à entretenir le site Web Astro.Geekjoy.

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