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Posté par Adrien le Lundi 19/09/2016 à 00:00
Planck réévalue la date de naissance des premières étoiles
Une étude réalisée par la collaboration Planck, à laquelle participent trois laboratoires de l'IN2P3 et réalisée grâce aux relevés du satellite, révèle que les premières étoiles se sont formées bien plus tard que ce que l'on imaginait jusqu'ici et confirme qu'elles étaient les seules sources nécessaires à la réionisation de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Cette nouvelle étude a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) d'une publication le 22 août dernier dans la revue Astronomy and Astrophysics.

Les premiers âges de l'Univers Avec la multitude d'étoiles et de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) qui compose notre Univers actuel, il est difficile de se faire une représentation de ce qu'il était lors de sa première phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :), il y a 13,8 milliards d'années. Il avait alors la forme d'une soupe primordiale dense, chaude et opaque faite de particules, principalement des électrons, des protons, des neutrinos et des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...). Dans un tel "brouillard (Le brouillard est le phénomène météorologique constitué d’un amas de fines gouttelettes ou de fins cristaux de glace, accompagné de fines particules hygroscopiques saturées d'eau,...)", les particules de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde...) ne pouvaient se déplacer sans heurter des électrons. 380 000 ans plus tard le Cosmos a commencé à se refroidir et à se dilater, les électrons et les protons ont commencé à se combiner pour former les premières molécules d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et les photons ont pu se déplacer librement, rendant l'Univers plus "transparent".

C'est le premier moment de l'histoire de notre Univers où la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) était encore dans un état électriquement neutre.

Quelques centaines de millions d'années se sont écoulées avant que les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) ne puissent donner naissance aux premières générations d'étoiles. Lorsque ces dernières sont apparues, elles ont rempli leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme...) de lumière, ce qui a entrainé la division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est...) des atomes neutres (les protons et les électrons). Cette époque est nommée par les scientifiques "phase de réionisation". Aujourd'hui, les télescopes tels que Planck permettent d'observer cette lumière fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent, graine,...) à travers le fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de façon quasi uniforme dans toutes les directions.) (ou CMB pour Cosmic microwave background) dont la distribution dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) révèle des fluctuations infimes qui nous fournissent une multitude d'informations sur l'évolution, la composition chimique et la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) de l'Univers.


Polarisation du fond diffus cosmologique détecté par le satellite Planck (Planck est un satellite artificiel de l'Agence spatiale européenne qui doit être lancé en septembre 2008.) sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de la voûte (Une voûte (ou voute) est un élément architectural de couvrement intérieur d'un édifice présentant un intrados. La voûte travaille...) céleste © ESA/Collaboration Planck

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) des galaxies les plus lointaines indique que l'Univers a été complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) réionisé après 900 millions d'années. La datation de cette phase est toutefois restée longtemps âprement débattue par la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...). Pour l'affiner, les chercheurs se sont basés sur le fait qu'une partie du fond diffus cosmologique est "polarisé", c'est-à-dire qu'une partie de la lumière émise a vibré dans une direction privilégiée lorsque les photons ont rebondis sur les électrons.

La datation de la phase de réionisationUne première estimation de l'époque de réionisation avait été faite en 2003 par l'observatoire Microwave anisotropy probe de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son...) (WMAP) suggérant que ce processus pouvait avoir commencé assez tôt, lorsque l'Univers était âgé de quelques centaines de millions d'années. Ce résultat était toutefois problématique car il n'y avait aucune preuve que les étoiles étaient alors formées, ce qui laissait supposer l'existence d'une potentielle autre source de réionisation.

Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) ultérieures, enregistrées par WMAP, ont reporté cette époque de 450 millions d'années. Puis, en 2015, les premières cartes de polarisation du fond diffus cosmologique de Planck, obtenues grâce à son instrument de basse fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence...) (LFI), ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni,...) de nouvelles données pour appréhender le problème et dater ce phénomène à 550 millions d'années.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) de la phase de réionisation cosmique © ESA/C. Carreau

Aujourd'hui, la dernière analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens...) provenant d'un autre détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a...), l'instrument de haute fréquence (HFI) qui est, à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...), l'instrument le plus sensible à ce phénomène, confirme que la réionisation a commencé beaucoup plus tard que prévu. Les mesures très sensibles de HFI ont clairement démontré que la réionisation avait été un processus très rapide, survenu assez tardivement dans l'histoire cosmique. L'Univers était à demi-réionisé à environ 700 millions d'années et complètement réionisé à 900 000 millions d'années. Il a également été établi qu'aucune autre source, outre les premières étoiles, n'était intervenu dans ce phénomène.

De plus, comme la formation des étoiles est beaucoup plus tardive que ce que l'on pensait, les scientifiques ont bon espoir d'être en mesure d'observer la toute première génération de galaxies grâce aux futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) générations d'instruments, comme le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas être perturbé par...) James Webb, voire même grâce à des installations actuelles comme Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour...).

Laboratoires de l'IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de recherche fondamentale du CNRS dont le domaine de recherche est comme son nom l'indique la physique nucléaire et des particules. Il a...) participants à la collaboration Planck:
- Laboratoire Astroparticules et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) (APC, CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) Diderot/CEA/Observatoire de Paris)
- Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL, CNRS/Université Paris Sud)
- Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) subatomique et de cosmologie (LPSC, CNRS/Université Grenoble Alpes/Grenoble INP)

Références bibliographiques Collaboration Planck, "Planck intermediate results. XLVII. Planck constraints on reionization history", Astronomy and astrophysics, 22 août 2016.

Collaboration Planck, "Planck intermediate results. XLVI. Reduction of large-scale systematic effects in HFI polarization maps and estimation of the reionization optical depth", Astronomy and astrophysics, 22 août 2016.

Pour en savoir plus
- Actualité publiée sur le site internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie instantanée et le World Wide Web, en utilisant le...) de l'ESA (en anglais)

Contact chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...)
- Matthieu Tristram (LAL)

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Source: CNRS-IN2P3