Quel est le fond cosmique des micro-ondes?
Depuis des milliers d’années, l’être humain contemple l’Univers et cherche à déterminer sa véritable étendue. Et alors que les anciens philosophes croyaient que le monde se composait d’un disque, d’une ziggourat ou d’un cube entouré d’océans célestes ou d’une sorte d’éther, le développement de l’astronomie moderne leur a ouvert les yeux sur de nouvelles frontières. Au 20ème siècle, les scientifiques ont commencé à comprendre à quel point l’univers est vraiment vaste (et peut-être même sans fin).,
et en regardant plus loin dans l’espace, et plus profondément dans le temps, les cosmologistes ont découvert des choses vraiment étonnantes. Par exemple, au cours des années 1960, les astronomes ont pris conscience du rayonnement de fond micro-ondes qui était détectable dans toutes les directions. Connu sous le nom de fond cosmique micro-ondes (CMB), l’existence de ce rayonnement a contribué à éclairer notre compréhension de la façon dont l’univers a commencé.
Description:
le CMB est essentiellement un rayonnement électromagnétique qui reste de la première époque cosmologique qui imprègne l’univers entier., On pense qu’il s’est formé environ 380 000 ans après le Big Bang et contient des indications subtiles sur la façon dont les premières étoiles et galaxies se sont formées. Bien que ce rayonnement soit invisible à l’aide de télescopes optiques, les radiotélescopes sont capables de détecter le signal faible (ou lueur) le plus fort dans la région micro-ondes du spectre radio.
Le CMB est visible à une distance de 13,8 milliards d’années-lumière dans toutes les directions de la Terre, des scientifiques de déterminer que c’est le vrai âge de l’Univers. Cependant, ce n’est pas une indication de la véritable étendue de l’univers., Étant donné que l’espace a été dans un État d’expansion depuis le début de l’Univers (et se développe plus rapidement que la vitesse de la lumière), le CMB est simplement le plus loin dans le temps que nous sommes capables de voir.
relation avec le Big Bang:
le CMB est au cœur de la théorie du Big Bang et des modèles cosmologiques modernes (tels que le modèle Lambda-CDM). Selon la théorie, lorsque l’univers est né il y a 13,8 milliards d’années, toute la matière était condensée sur un seul point de densité infinie et de chaleur extrême. En raison de la chaleur extrême et la densité de la matière, l’état de l’Univers était très instable., Soudain, ce point a commencé à s’étendre et l’univers tel que nous le connaissons a commencé.
à cette époque, l’espace était rempli d’une lueur uniforme de particules de plasma blanc chaud-qui se composait de protons, de neutrons, d’électrons et de photons (lumière). Entre 380 000 et 150 millions d’années après le Big Bang, les photons interagissaient constamment avec les électrons libres et ne pouvaient pas parcourir de longues distances. D’où la raison pour laquelle cette époque est familièrement appelée les « âges sombres”.,
alors que l’univers continuait à s’étendre, il s’est refroidi au point où les électrons ont pu se combiner avec les protons pour former des atomes d’hydrogène (aka. la période de recombinaison). En l’absence d’électrons libres, les photons ont pu se déplacer sans entrave à travers l’Univers et il a commencé à apparaître comme il le fait aujourd’hui (c’est-à-dire transparent et imprégné de lumière). Au cours des milliards d’années qui se sont écoulées, l’univers a continué à s’étendre et à se refroidir considérablement.,
en raison de l’expansion de l’espace, les longueurs d’onde des photons ont augmenté (se sont « décalées vers le rouge ») à environ 1 millimètre et leur température effective a diminué juste au – dessus du zéro absolu-2,7 Kelvins (-270 °C; -454 °F). Ces photons remplissent l’univers aujourd’hui et apparaissent comme une lueur de fond qui peut être détectée dans l’infrarouge lointain et les longueurs d’onde radio.
Histoire de L’étude:
L’existence du CMB a été théorisé pour la première fois par le physicien américano-Ukrainien George Gamow, avec ses étudiants, Ralph Alpher et Robert Herman, en 1948., Cette théorie était basée sur leurs études des conséquences de la nucléosynthèse des éléments légers (hydrogène, hélium et lithium) au tout début de l’univers. Essentiellement, ils ont réalisé que pour synthétiser les noyaux de ces éléments, l’univers primitif devait être extrêmement chaud.
ils ont en outre théorisé que le rayonnement restant de cette période extrêmement chaude pénétrerait dans l’Univers et serait détectable. En raison de l’expansion de l’univers, ils ont estimé que ce rayonnement de fond aurait une basse température de 5 K (-268 °C; -450 °F) – juste cinq degrés au – dessus du zéro absolu-ce qui correspond aux longueurs d’onde des micro-ondes. Ce n’est qu’en 1964 que les premiers éléments de preuve de la CMB ont été détectés.,
c’était le résultat de L’utilisation par les astronomes américains Arno Penzias et Robert Wilson du radiomètre Dicke, qu’ils avaient l’intention d’utiliser pour des expériences de radioastronomie et de communication par satellite. Cependant, lors de leur première mesure, ils ont remarqué un excès de température de l’antenne de 4,2 K qu’ils ne pouvaient pas expliquer et ne pouvaient s’expliquer que par la présence d’un rayonnement de fond. Pour leur découverte, Penzias et Wilson ont reçu le prix Nobel de physique en 1978.,
initialement, la détection du CMB était une source de discorde entre les partisans de différentes théories cosmologiques. Alors que les partisans de la théorie du Big Bang ont affirmé qu’il s’agissait du « rayonnement relique” laissé par le Big Bang, les partisans de la théorie de l’état stable ont soutenu qu’il était le résultat de la lumière stellaire dispersée de galaxies lointaines. Cependant, dans les années 1970, un consensus scientifique avait émergé qui favorisait l’interprétation du Big Bang.
Au cours des années 1980, les instruments au sol ont imposé des limites de plus en plus strictes aux différences de température du CMB. Il s’agissait notamment de la mission soviétique RELIKT-1 à bord du satellite Prognoz 9 (qui a été lancé en juillet 1983) et de la mission Cosmic Background Explorer (Cobe) de la NASA (les résultats de l’OMS ont été publiés en 1992). Pour leurs travaux, L’équipe COBE a reçu le prix Nobel de physique en 2006.,
COBE a également détecté le premier pic acoustique du CMB, des oscillations acoustiques dans le plasma qui correspondent à des variations de densité à grande échelle dans l’univers primitif créées par des instabilités gravitationnelles. De nombreuses expériences ont suivi au cours de la décennie suivante, consistant en des expériences au sol et à base de ballons dont le but était de fournir des mesures plus précises du premier pic acoustique.
le deuxième pic acoustique a été détecté provisoirement par plusieurs expériences, mais n’a pas été détecté définitivement avant le déploiement de la Wilkinson Microwave anisotropy Probe (WMAP) en 2001., Entre 2001 et 2010, lorsque la mission a été achevée, WMAP a également détecté un troisième pic. Depuis 2010, plusieurs missions surveillent le CMB afin de fournir des mesures améliorées de la polarisation et des variations à petite échelle de la densité.
Il s’agit notamment de télescopes au sol comme QUEST à Dasi (QUaD) et le télescope du pôle Sud à la station Amudsen-Scott South Pole, ainsi que le télescope de Cosmologie Atacama et le télescope Q / U Imaging ExperimenT (QUIET) au Chili. Pendant ce temps, le vaisseau spatial Planck de l’Agence spatiale européenne continue de mesurer le CMB depuis l’espace.,
avenir du CMB:
selon diverses théories cosmologiques, l’univers peut à un moment donné cesser de s’étendre et commencer à s’Inverser, aboutissant à un effondrement suivi d’un autre Big Bang – aka. le Big Crunch theory. Dans un autre scénario, connu sous le nom de Big Rip, l’expansion de l’univers finira par entraîner la destruction de toute la matière et de l’espace-temps lui-même.
si aucun de ces scénarios n’est correct et que l’univers a continué à se développer à un rythme accéléré, le CMB continuera à se déplacer vers le rouge au point où il n’est plus détectable., À ce stade, il sera dépassé par la première lumière stellaire créée dans l’univers, puis par les champs de rayonnement de fond produits par des processus supposés avoir lieu dans le futur de l’univers.
Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur le fond cosmique des micro-ondes ici à Universe Today. Voici quel est le rayonnement de fond cosmique micro-ondes?, Théorie du Big Bang: évolution de notre univers, quelle était L’Inflation cosmique?, La quête pour comprendre L’univers le plus ancien, découverte historique: de nouveaux résultats fournissent des preuves directes de L’Inflation cosmique, et à quelle vitesse L’univers se développe-t-il? Hubble et Gaia S’associent pour effectuer les mesures les plus précises à ce jour.
pour plus d’informations, consultez la page de la mission WMAP de la NASA et la page de la mission Planck de l’ESA.
Astronomy Cast a également des informations sur le sujet. Ecoutez ici: Episode 5 – Le Big Bang et le fond cosmique des micro-ondes