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Jun 27, 2023

La première lumière de l'univers peut aider à élucider l'histoire cosmique

Le fond cosmique des micro-ondes porte en lui un enregistrement d’événements tout au long des 13,8 milliards d’années d’histoire de l’univers. Tout comme Charles Darwin utilisa autrefois les archives fossiles pour raconter l'histoire du

Le fond cosmique des micro-ondes porte en lui un enregistrement d’événements tout au long des 13,8 milliards d’années d’histoire de l’univers.

Tout comme Charles Darwin a utilisé les archives fossiles pour raconter l'histoire de l'évolution de la vie sur Terre, les astronomes utilisent la toute première lumière qui a traversé l'univers pour comprendre les événements qui ont façonné le cosmos.

Cette première lumière est appelée « fond cosmique micro-ondes (CMB) », rayonnement résiduel qui se propage presque uniformément dans l’univers. Le CMB porte en lui les signatures des processus physiques de l’univers primitif et possède des caractéristiques uniques qui peuvent être utilisées pour déterminer la composition de l’univers.

Tout comme l'évolution de l'étude de l'évolution biologique depuis l'époque de Darwin, la manière dont les cosmologistes utilisent ce fossile cosmique a changé, et les futures missions devraient se concentrer davantage sur le CMB et sur ce qu'il peut nous apprendre sur la façon dont l'univers fonctionne. évolué.

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Le lundi 2 juillet, lors de la National Astronomy Meeting 2023 (NAM 2023) qui s'est tenue à l'Université de Cardiff au Royaume-Uni, l'astrophysicienne Erminia Calabrese a présenté un aperçu de l'état actuel de la science CMB et de sa direction dans un avenir proche.

"La raison pour laquelle cette lumière a été réellement la force motrice de la cosmologie moderne est qu'elle a été présente tout au long de l'histoire cosmique", a déclaré Calabrese. "Il était là depuis le début, il a traversé tout ce que l'univers a vécu. Il a traversé la formation des premières étoiles, la formation et l'évolution de la structure à grande échelle de l'univers.

"En faisant ce voyage vers nous, il a essentiellement capturé les empreintes de toute cette physique et les emporte avec lui aujourd'hui."

Si vous pouviez voyager environ 380 000 ans en arrière dans l’histoire cosmique jusqu’au moment où l’univers était rempli d’une dense soupe chaude d’électrons et de protons, la première chose que vous remarqueriez serait l’obscurité du cosmos.

La raison pour laquelle cette première époque de l’histoire de l’univers vieille de 13,8 milliards d’années est littéralement un âge sombre cosmique est que l’abondance d’électrons libres signifiait que les photons, les particules de lumière, étaient dispersés sans fin, les empêchant ainsi de voyager. A cette époque, l’univers était essentiellement opaque à la lumière.

"Ce que nous observons est donc la toute première lumière jamais émise dans l'univers, composée de photons émis lors du Big Bang", a expliqué Calabrese. "Les photons étaient piégés dans des interactions avec tout le reste, ce qui signifie que tout phénomène de particules qui se produisait dans cette phase très chaude et dense de l'univers interagissait avec ces photons."

Cela signifie qu'en étant piégés, les photons créaient un enregistrement de la physique du premier univers, mais ils ne pouvaient pas rester éternellement piégés et en équilibre avec la matière.

Finalement, soumis à une inflation cosmique rapide à la suite du Big Bang, l’univers s’est élargi et s’est suffisamment refroidi pour permettre aux électrons de se lier aux protons et de former les premiers atomes neutres. C’est ce qu’on appelle la période de recombinaison, même si les électrons et les protons n’avaient pas été connectés auparavant.

Initialement, la lumière qui compose le CMB était incroyablement chaude et énergétique, mais à mesure que l'univers continuait à s'étendre, elle s'est refroidie et a perdu de l'énergie, ce qui a vu la fréquence de ce rayonnement réduite à la région des micro-ondes du spectre électromagnétique.

Calabrese explique qu'actuellement, le CMB prend la forme d'un champ de rayonnement avec une température de 2,7 Kelvin (-455 degrés Fahrenheit ou -270,4 degrés Celsius).

Parce que la recombinaison s’est produite partout dans l’univers en même temps, le rayonnement CMB nous parvient de toutes les directions de manière uniforme. Cela signifie que ce fossile cosmique se présente de la même manière dans toutes les zones du ciel, que les scientifiques décrivent comme étant isotrope.

Cette similitude, même aux côtés opposés de l'univers dans des zones qui ne sont pas actuellement en contact, est l'une des preuves clés que l'univers existait autrefois dans un état chaud et dense et a ensuite connu une période d'inflation rapide, que nous appelons maintenant l'univers. Big Bang. Mais c’est dans les domaines où apparaissent de minuscules différences que les scientifiques trouvent des archives fossiles cosmiques utiles.