Cienciaes.com : La lumière résiduelle du Big Bang. Nous avons parlé avec Irène Abril Cabezas.

Imaginez pouvoir remonter le temps, non pas des centaines ou des milliers d’années, mais des milliards d’années, jusqu’à atteindre les tout débuts de l’Univers. Cette prouesse, qui semble tout droit sortie d’un roman de science-fiction, est précisément ce que fait notre invitée d’aujourd’hui dans « Talking with Scientists », Irene Abril Cabezas, doctorante à l’Université de Cambridge. Irène, comme beaucoup d’autres scientifiques, étudie le fond cosmique des micro-ondes (FCM), sorte de lumière résiduelle générée quelques instants après le Big Bang, l’événement cataclysmique qui a marqué la naissance du cosmos.

Il y a environ 13,8 milliards d’années, l’Univers était un point infinitésimal, extrêmement chaud et dense. C’est à partir de ce moment qu’est né le Big Bang, qui a élargi l’Univers à une vitesse incommensurable. À ces premiers instants, l’Univers était une épaisse soupe de particules subatomiques et de rayonnements, trop chaude et trop dense pour que la lumière puisse voyager librement. À mesure que l’Univers s’étendait, il se refroidissait également. Environ 380 000 ans après le Big Bang, l’Univers s’est suffisamment refroidi pour devenir transparent au rayonnement électromagnétique, permettant ainsi à la lumière de voyager librement dans l’espace.

Le rayonnement émis à cette époque a été modifié à mesure que l’univers s’étendait et se refroidissait, nous parvenant comme un écho du passé que nous appelons le fond cosmique des micro-ondes (FCM). Ce rayonnement résiduel du Big Bang a trouvé sur son passage des galaxies, des étoiles, de la poussière cosmique et un type de matière invisible mais réelle que nous appelons matière noire. Aujourd’hui, nous disposons d’instruments astronomiques capables de capter le FCM venant de toutes les directions de l’Univers, et les scientifiques vérifient qu’il n’est pas uniforme dans toutes les directions, mais qu’il varie plutôt en fonction de la matière qu’il a trouvée sur son passage.

Lorsque la lumière d’un objet éloigné, tel que FCM, passe à proximité d’une distribution massive de matière, comme une galaxie ou un amas de galaxies, la gravité de cette matière dévie le trajet de la lumière, agissant comme une « lentille » qui peut déformer, amplifier ou multiplier l’image de l’objet d’arrière-plan. Dans le contexte de FCMcette lentille gravitationnelle peut modifier subtilement la distribution apparente des températures que nous observons.

En étudiant la distorsion du rayonnement cosmique, les cosmologistes peuvent déduire la répartition de la matière noire dans l’Univers. Ceci est crucial pour comprendre la structure à grande échelle du cosmos et l’évolution de l’Univers.

Irene Abril Cabezas réalise sa thèse de doctorat, sous la direction du professeur Blake Sherwin de l’Université de Cambridge, sur des sujets liés à la formation des lentilles du fond diffus cosmologique. Ce travail est réalisé dans le cadre des collaborations du Projet de cosmologie d’Atacama et le Observatoire Simons. Ses recherches sont financées par la Fondation « Mauricio et Carlota Botton » et le Cambridge Trust.

Crédits images :

Fig. 1.
Carte de matière noire réalisée par le télescope cosmologique d’Atacama. Les régions orange et violette montrent respectivement les endroits où il y a plus et moins de matière. Ces régions ont des tailles typiques de centaines de millions d’années-lumière. Le gris/blanc montre où la poussière de notre propre galaxie, mesurée par le télescope Planck, contamine les données et ne permet pas de mesurer avec précision la répartition de la matière noire.
Crédits: ACTE Collaboration

Figure 2.
Le télescope cosmologique d’Atacama
Crédits : Mark Devlin