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Big Bang : que s’est-il passé juste après ?

La période d’inflation, pendant laquelle l’univers s’est dilaté très rapidement, immédiatement après le Big Bang, est aujourd’hui étudiée par une équipe de recherche internationale. Celle-ci s’intéresse en particulier au fonds diffus cosmologique, un signal émis 380 000 ans après ce moment fondateur dans l’origine de l’univers. Alors que les mesures sont prévues à partir de 2018-2019, Jean-Christophe Hamilton, chercheur au laboratoire APC, présente les ambitions et les objectifs de ce projet ambitieux.

Les cosmologistes disposent d’un outil incroyable pour remonter le temps : le fond diffus cosmologique (FDC) ou rayonnement fossile, soit la photo de la toute première lueur de l’Univers, prise 380 000 ans après le Big Bang. « Y accéder, c’est un peu comme si un paléontologue déterrait, plutôt qu’un os de dinosaure, une vidéo HD enregistrée il y a 100 millions d’années », illustre Jean-Christophe Hamilton, directeur de recherche au CNRS et membre du Laboratoire Astroparticule et Cosmologie de l’université Paris Diderot.

Observé depuis 1965 par satellites, ballons et autres télescopes, le FDC n’a pas encore livré toutes les informations qu’il renferme. « Grâce à la mission Planck, pilotée par l’Agence spatiale européenne, nous disposons aujourd’hui d’une carte des fluctuations de température du FDC extrêmement précise et précieuse, poursuit le chercheur. Mais nous pouvons encore aller plus loin sur un autre paramètre : sa polarisation. »

Trouver la preuve de l’inflation

Et c’est pour relever ce défi que le projet Qubic – pour « Q & U bolometric interferometer for cosmology » – a vu le jour il y a une dizaine d’années, associant la France, l’Italie, la Grande-Bretagne, l’Irlande, l’Argentine et les États-Unis.

Qu’espèrent découvrir la centaine de chercheurs et d’ingénieurs embarquée dans l’aventure ? « Qubic est conçu pour détecter des polarisations particulières, dites de mode B. Si nous parvenons à en observer, nous prouverons l’exactitude de la théorie de l’inflation, l’un des piliers du modèle standard de la cosmologie », explique Jean-Christophe Hamilton. Une avancée gigantesque pour comprendre les 10^-33 secondes qui suivirent le Big-Bang.

Une technologie innovante

Le premier démonstrateur technologique Qubic est aujourd’hui prêt à être testé. D’un concept inédit, il associe les deux technologies utilisées jusqu’à présent pour observer le FDC : l’imagerie bolométrique et l’interférométrie. « En réunissant les avantages de ces instruments, nous obtenons un détecteur d’une sensibilité et d’une pureté inégalées » annonce le chercheur.

Deux qualités indispensables pour partir à la quête des modes B, dont le niveau de signal est très faible. Au printemps prochain, après quelques mois d’essais et de calibrations en laboratoire à Paris, le démonstrateur rejoindra le désert argentin, à une centaine de kilomètres à l’ouest de Salta. Une version complète et améliorée de l’instrument commencera ses observations du ciel début 2019.

 

Pourquoi le fond diffus cosmologique apparaît-il 380 000 ans après le Big Bang ?
 


Selon la théorie standard de la cosmologie, l’Univers connaît une inflation brève et violente au cours des 10^-33 secondes qui suivent le Big Bang. Chaud et dense, l’Univers entame ensuite son expansion et se refroidit. Le gaz qui le constitue, encore chaud et ionisé, piège la lumière qui s’y diffuse. 380 000 ans après le Big Bang, sa température passe sous les 3 000 degrés Kelvin. Les électrons peuvent alors s’associer aux protons et aux noyaux pour former des atomes. Dans le gaz neutralisé, la lumière se propage et les premiers photons sont libérés. Le fond diffus cosmologique correspond à ce premier rayonnement : c’est la première trace lumineuse encore présente dans l’Univers. Loin d’être homogène, il présente des variations de température, traduisant la présence de zones plus ou moins denses en matière au sein du tout jeune univers ; les graines qui donneront naissance aux planètes, soleils et galaxies.
 

 

> photo de la station météo sur le site qui fournit des données et qui sera bientôt rejointe par l'instrument

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