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Posté par Michel le Mardi 06/07/2010 à 00:00
Notre Galaxie et l’écho lumineux du Big Bang révélés par le satellite Planck
Le satellite Planck de l'ESA vient de délivrer une image exceptionnelle de l'intégralité du ciel provenant du premier relevé, qui est tout juste achevé. Celle-ci met en évidence les deux sources de rayonnement du ciel les plus importantes dans le domaine des micro-ondes: le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent,...) et la Voie lactée. Le rayonnement fossile correspond à l'écho lumineux du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que...). Il témoigne des premiers instants de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), qu'il a traversé pendant près de 13,7 milliards d'années avant de parvenir jusqu'à nous. Dans certaines directions, on voit en superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une...) le rayonnement issu de divers objets astrophysiques, notamment notre Galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...), la Voie lactée. Grâce aux observations (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...) de Planck à neuf fréquences différentes, et grâce à des techniques sophistiquées d'analyse d'images, il est possible de distinguer ces différents rayonnements. Ils deviendront des produits scientifiques distincts de grande importance, tant pour les astrophysiciens que pour les cosmologistes, et seront rendus publics fin 2012.

Le satellite Planck (Planck est un satellite artificiel de l'Agence spatiale européenne qui doit être lancé en septembre 2008.) de l'ESA observe actuellement tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) dans le domaine des micro-ondes [1]. L'objectif principal de la mission Planck est d'observer le rayonnement fossile, c'est-à-dire la lumière issue des premiers instants de l'Univers. Les minuscules fluctuations de température de ce rayonnement portent la trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers...) des germes des grandes structures cosmiques qui se sont formées plus tard, comme les galaxies ou les amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle...). Néanmoins, à ce rayonnement fossile s'ajoute une brume de lumière d'avant-plan issue de notre propre Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.). Il s'agit de l'émission du milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est...), mélange de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière...) et poussières qui remplit notre Voie lactée. Cette émission de notre Galaxie ne masque pas le rayonnement fossile, mais se superpose à celui-ci.

Cette première image de tout le ciel représente une synthèse particulière de toute l'information que Planck est en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour...) de collecter. Elle a été spécifiquement traitée pour mettre en valeur l'émission de notre Galaxie. D'autres traitements peuvent en revanche mettre en exergue la partie cosmologique. Pour y arriver avec la précision requise, les équipes scientifiques de Planck ont développé un système dédié très sophistiqué d'analyse d'images [2], qui utilise toute la finesse et la sensibilité exceptionnelles des images de Planck dans ces neuf bandes de fréquence.


Le ciel micro-ondes vu par le satellite Planck.
Cliquer sur l'image pour l'agrandir.

Légende de l'illustration: Cette image couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) a été créée à partir des données Planck obtenues dans neuf bandes de fréquence, comprises entre 30 et 857 GHz, c'est à dire dans le domaine des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales....) submillimétriques, millimétriques, et centimétriques (aussi appelées micro-ondes). Notre Galaxie, la Voie lactée, est bien visible dans l'image comme une bande claire horizontale. Une grande région du ciel est illuminée par notre Galaxie, comme en témoignent ces structures claires et filamentaires qui s'étendent bien au delà du plan de notre Voie lactée. Ces émissions ont pour origine le gaz et les poussières du milieu interstellaire. Le rayonnement fossile est visible sur cette image sous la forme de structures granulaires rougeâtres, principalement visibles au haut et en bas de l'image, où l’émission de notre Galaxie est très faible. Cette image montre qu'il est possible de séparer ces deux émissions, dans de petites régions bien définies (en haut et en bas de l'image). Cependant, les scientifiques de Planck développent des méthodes sophistiquées de traitement d'image pour séparer ces deux composantes sur presque la quasi-totalité du ciel ! Cette image provient des données de Planck collectées pendant les neuf premiers mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de sa mise en service. Planck poursuit ses mesures et devrait fournir au moins 3 autres relevés complets du ciel.

La structure granulaire du rayonnement fossile est la plus manifeste dans les régions en haut et en bas de l'image, où l'émission de notre Galaxie est plus faible, » nous explique le responsable 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...) de l'instrument HFI, Jean-Michel Lamarre du Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...) [3]. « Par ailleurs, une partie importante du ciel montre différentes régions de la Voie lactée, très brillante le long du plan galactique (la large bande horizontale centrale claire), mais qui s'étend aussi au-dessus et au-dessous, même si elle y est moins intense. »

Jean-Loup Puget, directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) d'astrophysique spatiale [4] et responsable scientifique du consortium de laboratoire qui a construit l'instrument HFI, explique que « le milieu interstellaire de la Voie lactée est composé de nuages de gaz et de poussières de différente composition, température, et densité. Heureusement, les différentes phases du milieu interstellaire émettent dans des bandes de fréquences, des « couleurs » différentes ; ces signatures peuvent être utilisées pour séparer l'émission galactique, et donc pour les soustraire des images afin d'extraire le rayonnement fossile, de la même façon que le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la...) humain est capable d'isoler la voix d'une personne qui parle au milieu d'un groupe en pleine discussion. L'analyse de la composante interstellaire donnera des informations précieuses sur les mécanisme de formation des étoiles dans notre Galaxie.»

François Bouchet, directeur de recherche du CNRS à l'Institut d'astrophysique de 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...) [5], coordinateur scientifique et responsable du traitement des données, souligne: « Après 17 ans de travaux préparatoires un peu arides, nous avons enfin sur nos écrans ces données qui recèlent des éléments de réponses à des questions cosmologiques dans la continuation (En informatique, la continuation d'un système désigne son futur, c'est-à-dire la suite des instructions qu'il lui reste à exécuter à...) des grandes interrogations sur l'Univers et l'origine qui agitent l'humanité depuis les temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) les plus reculés ». Mais les principaux résultats cosmologiques demanderont près de deux années supplémentaires de collecte, de traitement et d'analyse des données. Pendant ce temps, l'analyse détaillée de l'émission galactique permettra une grande amélioration de notre connaissance de la structure de la Voie lactée.


Les laboratoires CNRS (INSU [6] et 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...) [7]) ont joué un rôle crucial dans la conception, le développement et la maîtrise d'œuvre de l'instrument HFI (High Frequency Instrument). En particulier:

* l'Institut d'astrophysique spatiale (IAS: CNRS, Université Paris-Sud 11, OSU/INSU) a joué le rôle principal en assurant la conception initiale et la responsabilité scientifique et technique de l'instrument. Il a de plus assuré l'intégration et les tests de l'instrument fini ;
* l'Institut d'astrophysique de Paris (IAP: CNRS, Université Pierre et Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en France sous le nom...), OSU/INSU) a plutôt contribué au développement des objectifs scientifiques et à la conception du traitement des données ; il héberge le Centre de traitement des données et est responsable de cette activité ;
* le Centre de recherches sur les très basses températures, aujourd'hui Institut Néel (CNRS) et le Laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...) subatomique et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) (LPSC: CNRS, Université Joseph Fourier, Institut Polytechnique de Grenoble) ont joué un grand rôle dans le développement de la cryogénie à respectivement 0,1K et 20 K ;
* le Centre d'études spatiales des rayonnements (CESR: CNRS, Université Paul Sabatier, OMP-OSU/INSU) dans celui de l'électrique de lecture des détecteurs ;
* le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL: CNRS, Université Paris-Sud 11) dans celui de l'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de...) de bord ;
* le laboratoire Astroparticule et cosmologie (APC: CNRS, Université Paris-Diderot, CEA, Observatoire de Paris) dans le développement de moyens de tests;
* le Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG: CNRS, Université Joseph Fourier, OSUG-OSU/INSU) ;
* le Laboratoire d'études du rayonnement et de la matière en astrophysique (LERMA: CNRS, Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient en complément...), Université Cergy-Pontoise, UPMC, Ecole Normale Supérieure), ont apporté leur expertise dans la modélisation de l'instrument.
* Le Centre de Calcul de l'IN2P3-CNRS qui participe activement au traitement des données de Planck.

Planck

Planck, situé à 1,5 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il vaut un...) de kilomètres de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et...), observe le ciel dans neuf bandes de fréquence en utilisant deux instruments de dernière génération, conçus pour produire des mesures multifréquences à haute sensibilité et finesse du rayonnement diffus du ciel: l'instrument haute fréquence (HFI) de fabrication française, qui couvre six bandes entre 100 et 857 GHz, et est refroidi à une température record de -273°C, et l'instrument basse fréquence (LFI) de conception italienne (Italienne est le nom communément utilisé pour le cordage servant a manœuvrer un enrouleur. Il s'enroule sur un tambour quand on...), qui couvre trois bandes entre 30 et 70 GHz.

Le premier relevé intégral du ciel par Planck a démarré mi-août 2009 et s'est achevé en juin 2010. Planck continuera de collecter des données jusqu'à début 2012, lui permettant d'établir quatre relevés complets du ciel afin d'obtenir des données encore plus précises. Un premier ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de données astronomiques, appelé « catalogue initial de sources compactes » sera rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D...) public en janvier 2011. Les principaux résultats cosmologiques demanderont, quant à eux, près de deux années supplémentaires de traitement et d'analyse des données, afin d'arriver à un premier ensemble de données traitées et disponibles pour la communauté scientifique mondiale vers fin 2012.

Les scientifiques de Planck se tiennent à la disposition des journalistes pour répondre aux questions et donner plus de précisions sur la mission Planck, sur les résultats attendus et les techniques employées, ainsi que pour étayer ou non les informations diffusées dans les médias. Par exemple, aucune image précise et complète du rayonnement fossile ne sera diffusée au public avant fin 2012, pour des raisons scientifiques liées au temps nécessaire pour analyser les données afin de garantir leur qualité et leur fiabilité. Par ailleurs, les données de Planck ne sont accessibles qu'aux scientifiques du consortium Planck pendant la durée d'analyse qui s'étendra jusqu'à fin 2012, date à laquelle les données deviendront publiques.

Autres images de l'intégralité du ciel


Carte intégrale du ciel obtenue avec le satellite Planck de l’ESA.
Sur cette carte, des images obtenues avec Planck ont été positionnées.
Les noms de certaines structures de la Voie lactée ont été rajoutés.


Carte intégrale du ciel obtenue avec le satellite Planck de l’ESA.
Sur cette carte, des objets extragalactiques détectés par Planck sont signalés
ainsi que la nébuleuse d’Orion dans notre Galaxie.


Carte intégrale du ciel obtenue avec le satellite Planck de l’ESA.
Sur cette carte, des objets extragalactiques détectés par Planck sont signalés
ainsi que la nébuleuse d’Orion dans notre Galaxie.
Les noms de certaines structures de la Voie lactée ont été rajoutés.


Notes:

[1] Entre 30 et 857 GHz, soit les domaines submillimétrique, millimétrique, et centimétrique

[2] Ce système est composé du centre d'opération de HFI basé à l'Institut d'astrophysique spatiale et du centre de traitement des données situé à l''Institut d'astrophysique de Paris, tout deux financièrement soutenus par le CNES.

[3] LERMA, Observatoire de Paris, UPMC, CNRS, ENS, Université de Cergy-Pontoise.

[4] IAS, Université Paris-Sud 11, CNRS, Observatoire des Sciences de l'Univers-Institut National des Sciences de l'Univers.

[5] IAP, UPMC, CNRS, Observatoire des Sciences de l'Univers-Institut National des Sciences de l'Univers.

[6] Institut des Sciences de l'Univers du CNRS.

[7] Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que...) du CNRS.


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Source: CNRS / INSU
Illustrations: © ESA, HFI & LFI Consortia