L’un des Saint-Graals de la cosmologie est un regard sur les premières époques de l’histoire cosmique. Malheureusement, les premières centaines d’années de l’univers sont enveloppées dans un brouillard impénétrable. Jusqu’à présent, personne n’a pu le voir passer au Big Bang. Il s’avère que les astronomes écrissent ce brouillard cosmique en utilisant des données du télescope de cosmologie Atacama (ACT) au Chili.
ACT a mesuré la lumière émise dans l’univers bébé environ 380 000 ans après le Big Bang. Selon la directrice du consortium, Suzanne Staggs, cette mesure a ouvert la fenêtre à une époque où les premières structures cosmiques commençaient à s’assembler. « Nous voyons les premiers pas pour faire les premières étoiles et galaxies », a-t-elle déclaré. « Et nous ne voyons pas seulement la lumière et l’obscurité, nous voyons la polarisation de la lumière en haute résolution. C’est un facteur déterminant distinguant l’acte de Planck et d’autres télescopes antérieurs. »
Les données et les images plus claires d’ACT aident également les scientifiques à comprendre juste quand et où les premières galaxies ont commencé à se former. Si les données ACT sont confirmées, elles représentent la première image de bébé de l’univers, montrant aux scientifiques à quoi ressemblaient les graines de galaxies seulement quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang.
Comment l’acte a fourni une image de bébé cosmique
Stagg et d’autres dans la collaboration ACT se sont concentrés sur des variations très subtiles de la densité et de la vitesse des gaz dans le très jeune univers. Selon le directeur adjoint de l’ACT, Mark Devlin, c’était un long processus. « Pour faire cette nouvelle mesure, nous avions besoin d’une exposition à 5 ans avec un télescope sensible réglé pour voir la lumière de la longueur d’onde millimétrique », a-t-il dit, soulignant que les observations nécessitaient des détecteurs très sensibles et un support informatique.
La collaboration a mesuré la polarisation de la lumière à partir du fond micro-ondes cosmique (CMB). C’est la légère lueur micro-ondes qui remplit l’espace. C’est la lumière la plus ancienne de l’univers et représente une époque où la lumière a été en mesure de se déplacer librement dans l’univers infantile en expansion. Avant cette époque, l’espace était rempli d’un soi-disant «plasma primordial». Il faisait trop chaud pour permettre à la lumière de se propager.
Donc, essentiellement, tout et chaque endroit était sombre. Le CMB est la faible lueur de la lumière qui a finalement pu voyager librement. Il montre de minuscules fluctuations de température dans différentes régions, ce qui indique des variations de la densité du gaz et comment elle s’est déplacée dans l’espace. Considérez ces variations comme les «graines» des futures étoiles et galaxies.
Une petite partie de la lumière du CMB a été polarisée lorsqu’elle a interagi avec les premières «structures de densité» dans l’univers du nourrisson. Essentiellement, il vibre dans une direction différente du reste de la lumière. Les ondes légères vibrent dans toutes les directions, mais elles peuvent être déplacées dans une direction très spécifique lorsqu’ils ont frappé une surface.
Ici sur Terre, la façon la plus simple de comprendre cela est de mettre une paire de lunettes de soleil polarisées. Ils bloquent les ondes lumineuses polarisées horizontalement qui rebondissent sur les surfaces telles que l’eau. Dans l’espace, lorsqu’une onde légère frappe un nuage de gaz, qui la polarise et modifie sa direction de vibration. La polarisation peut révéler des informations sur l’objet qui a redirigé l’onde légère. Dans ce cas, il a été causé lorsque la première lumière a rebondi des structures de densité qui existaient à l’époque.
Creuser dans la lumière polarisée du CMB
La loi n’est pas le premier télescope à étudier cette ère de l’histoire cosmique il y a longtemps. Le satellite Planck, par exemple, a également mesuré la faible lumière du CMB. Act a fait mieux, selon le membre de l’équipe Sigurd Naess. « La loi compte cinq fois la résolution de Planck et une plus grande sensibilité », a déclaré Naess, chercheur à l’Université d’Oslo et auteur principal de l’un des nombreux articles liés au projet. « Cela signifie que le faible signal de polarisation est désormais directement visible. »
Les images de polarisation obtenues par ACT révèlent le mouvement détaillé de l’hydrogène et de l’hélium gazier dans l’univers précoce. « Avant, nous avons pu voir où les choses étaient, et maintenant nous voyons aussi comment ils bougent », a déclaré Staggs. « Comme utiliser des marées pour déduire la présence de la lune, le mouvement suivi par la polarisation de la lumière nous dit à quel point la traction de la gravité était forte dans différentes parties de l’espace. »
Les images agissent de la lumière polarisée du CMB montrent des variations très subtiles de la densité et de la vitesse des gaz qui ont rempli le jeune univers. Ce qui ressemble à des nuages brumeux dans l’intensité de la lumière sont des régions plus et moins denses dans une mer d’hydrogène et d’hélium. Ces régions s’étendent sur des millions d’années-lumière. Finalement, la gravité a rassemblé les zones plus denses pour former des étoiles et des galaxies. Leur apparence détaillée à une époque aussi précoce du temps cosmique aide les scientifiques à répondre à des questions délicates sur la naissance de l’univers.
« En regardant en arrière à cette époque où les choses étaient beaucoup plus simples, nous pouvons reconstituer l’histoire de la façon dont notre univers a évolué vers l’endroit riche et complexe dans lequel nous nous trouvons aujourd’hui », explique Jo Dunkley, professeur de physique de Joseph Henry de physique et de sciences astrrophysiques à l’Université de Princeton et le chef de l’analyse ACT.
Révéler plus
Les données d’ACT contient également des informations sur d’autres objets dans l’espace, notamment la voie lactée, les autres galaxies et les grappes de galaxies. Dans un sens, il retrace l’évolution de l’univers de ses balbutiements aux temps modernes. Mais, ces données pointent également vers autre chose, selon Erminia Calabrese, un auteur principal de l’un de plusieurs articles sur les observations de la loi, dont une affiché au arxiv serveur de préimprimée.
« Nous avons mesuré plus précisément que l’univers observable prolonge près de 50 milliards d’années-lumière dans toutes les directions de notre part, et contient autant de masse que 1 900 ‘Zetta-Suns » La matière noire et l’équivalent de 1 300 sont l’énergie de vide dominante (également appelée énergie noire) de l’espace vide. «
Les nouvelles données de l’ACT ont également aidé les scientifiques à affiner l’âge de l’univers à une limite beaucoup plus précise de 13,8 milliards d’années. Ils peuvent également aider les scientifiques à mieux comprendre à quelle vitesse il se développe dans les temps modernes. Ces nouvelles mesures aideront les scientifiques lorsqu’ils se préparent à passer à la nouvelle observatoire de Simons au Chili. Comme ACT, il sera également axé sur les études du CMB et observera de grandes étendues du ciel à plusieurs fréquences.
Plus d’informations:
Erminia Calabrese et al, Télescope de cosmologie Atacama: contraintes DR6 sur les modèles cosmologiques étendus, arxiv (2025). Doi: 10.48550 / arxiv.2503.14454