La matière sous-jacente de l'univers est cartographiée par des cosmologistes à l'aide d'empreintes digitales secondaires du fond diffus cosmologique.
Le plasma primordial du jeune cosmos s'est suffisamment refroidi pour que les premiers atomes se forment environ 400.000 XNUMX ans après le Big Bang, créant un espace permettant aux radiations enfouies de voler librement. La lumière de fond cosmique des micro-ondes (CMB) continue de circuler dans toutes les directions à travers le ciel, diffusant une image de l'univers primitif capturée par des télescopes spéciaux et même vue statiquement sur de vieux téléviseurs à rayons cathodiques.
Lueur de fond de micro-ondes cosmique
Après la découverte du rayonnement CMB en 1965, les chercheurs ont soigneusement observé les petits changements de température qui ont révélé l'état exact de l'univers lorsqu'il n'était qu'un plasma mousseux. Les chercheurs réutilisent désormais les données du CMB pour enregistrer les structures massives qui ont évolué sur des milliards d'années à mesure que l'univers mûrit.
Kimmy Wu, cosmologiste au SLAC National Accelerator Laboratory, a déclaré : « Cette lumière a connu une partie importante de l'histoire de l'univers, et en voyant comment elle a changé, nous pouvons en apprendre davantage sur les différentes époques.
La lumière du CMB a été étirée, comprimée et courbée par toute la matière sur son chemin au cours de son voyage de près de 14 milliards d'années.
En plus des changements primaires de la lumière du CMB, les cosmologistes commencent à étudier les traces secondaires créées par les interactions avec les galaxies et d'autres structures cosmiques. Grâce à ces signaux, ils obtiennent une image plus claire de la répartition de la matière ordinaire, qui est tout ce qui est composé d'atomes, et de la mystérieuse matière noire. De telles découvertes aident également à résoudre et à soulever de nouvelles questions cosmiques.
« Nous commençons à réaliser que le CMB fournit des informations sur plus que les conditions initiales de l'univers. Selon le cosmologiste du SLAC Emmanuel Schaan, il fournit également des informations sur les galaxies elles-mêmes. Et cela se révèle vraiment efficace.
Monde inconnu des ombres
Une grande partie de la masse sous-jacente des galaxies est ignorée par les relevés optiques standard qui suivent la lumière émise par les étoiles. En effet, la grande majorité de la matière totale de l'univers est cachée aux observatoires sous la forme d'amas de matière noire ou de gaz ionisé dispersé qui relie les galaxies. Cependant, l'amplification et la teinte de la lumière CMB entrante présentent des effets notables à la fois de la matière noire et du gaz diffus.
Selon Schaan, alors que les galaxies sont les principaux acteurs du cosmos, le CMB sert de contre-jour.
Une énergie plus élevée est obtenue sous forme de particules lumineuses ou de photons provenant de la diffusion du CMB à partir d'électrons dans le gaz entre les galaxies. De plus, si ces galaxies se déplacent par rapport à l'univers en expansion, les photons du CMB subissent un deuxième changement d'énergie, qui peut être vers le haut ou vers le bas selon la façon dont l'amas se déplace.
Les effets Sunyaev-Zeldovich (SZ), également connus sous le nom d'effets thermiques et cinématiques, ont été prédits pour la première fois à la fin des années 1960 et ont été observés plus précisément au cours de la dernière décennie. Grâce au signal combiné des effets SZ qui peuvent être extraits des photographies CMB, les scientifiques peuvent cartographier la position et la température de toutes les choses ordinaires dans l'univers.
Le trajet de la lumière du CMB est déformé lorsqu'il traverse de gros objets en raison d'un troisième phénomène connu sous le nom de faible lentille gravitationnelle , faisant apparaître le CMB comme s'il était vu à travers le fond d'un verre à vin. La lentille, contrairement aux effets SZ, est sensible à toute matière, sombre ou non.
Lorsque ces effets sont combinés, les cosmologistes peuvent faire la distinction entre la lumière et la matière noire. Ensuite, pour calculer les distances cosmiques et même suivre la formation des étoiles, les chercheurs peuvent superposer ces cartes avec des images d'enquêtes sur les galaxies.
Une équipe dirigée par Schaan et Stefania Amodeo a utilisé cette stratégie dans des publications supplémentaires publiées en 2021. Ils ont comparé les images CMB produites par le télescope de cosmologie Atacama basé au sol et le vaisseau spatial Planck de l'Agence spatiale européenne avec des relevés optiques supplémentaires d'environ 500.000 XNUMX galaxies. Grâce à cette approche, ils ont pu mesurer l'alignement de la lumière et de la matière noire.
La recherche a révélé que, contrairement à ce que suggèrent de nombreux modèles, le gaz dans la région n'est pas si étroitement enroulé dans le réseau de matière noire de support. Au lieu de cela, la recherche suggère que le gaz a été balayé des nœuds de matière noire par des explosions de supernova et des trous noirs supermassifs, et dispersé jusqu'à ce qu'il soit trop mince et trop froid pour que les observatoires conventionnels puissent le détecter.
Les scientifiques ont fait des progrès dans la résolution du dilemme des baryons manquants, grâce à leur découverte de gaz diffus dans l'ombre du CMB. En conséquence, les scientifiques peuvent désormais affiner la structure à grande échelle du cosmos en utilisant des modèles d'évolution des galaxies et des estimations de la force et de la température des sursauts de dispersion.
La distribution observée de la matière dans l'univers actuel est plus uniforme que ne le prédit la théorie, ce qui a dérouté les cosmologistes ces dernières années. Selon Colin Hill, si les explosions qui recyclent le gaz intergalactique sont plus énergétiques que ne le pensent les scientifiques, comme l'ont laissé entendre des recherches récentes de Schaan, Amodeo et d'autres, cela pourrait expliquer en partie pourquoi la matière est répartie plus uniformément dans l'univers.
Hill et ses collègues du Atacama Cosmology Telescope prévoient de fournir une carte mise à jour des ombres du CMB dans les mois à venir, avec une amélioration notable de la couverture et de la sensibilité du ciel.
Selon Hill, nous avons seulement commencé à toucher la surface de ce que cette carte peut faire. « Il s'agit d'une avancée considérable par rapport aux technologies précédentes. Il est difficile de croire que c'est réel.
Le modèle standard de cosmologie, qui sert de cadre principal pour comprendre l'origine, la structure et la forme de l'univers, a été établi en grande partie grâce au CMB. Cependant, la recherche sur le rétroéclairage CMB menace désormais de saper cette affirmation.
Eiichiro Komatsu, cosmologiste à l'Institut Max Planck d'astrophysique, a travaillé au développement de la théorie en tant que membre de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, qui a cartographié le CMB de 2001 à 2010. "Ce paradigme a vraiment survécu à l'épreuve des mesures de précision jusqu'à récemment", a déclaré Komatsu. "Un nouveau modèle de l'univers est peut-être à la croisée des chemins", déclare l'auteur.
Komatsu et ses collègues ont cherché des indices sur un nouveau personnage sur la scène du théâtre d'ombres au cours des deux dernières années. La polarisation ou l'orientation des ondes lumineuses du CMB présente le signal qui, selon le modèle de cosmologie conventionnel, devrait rester constant tout au long du passage des ondes dans l'univers.
Mais la polarisation pourrait être entraînée par la matière noire, l'énergie noire ou un tout nouveau champ de particules, comme l'avaient prédit Sean Carroll et ses collègues il y a trois décennies. Un tel champ ferait tourner la polarisation nette de la lumière et permettrait aux photons de diverses polarisations de se déplacer à différentes vitesses - une propriété connue sous le nom de "double réfraction d'oiseau" partagée par divers cristaux, y compris ceux qui alimentent les panneaux LCD. Une rotation d'environ 2020 degrés dans la polarité du CMB a été découverte par l'équipe de Komatsu en 0,35. Une étude de suivi publiée l'année précédente a renforcé cette première constatation.
Si l'étude de la polarisation ou tout autre résultat concernant la distribution des galaxies est confirmé, il s'avérera que l'univers n'a pas la même apparence dans toutes les directions pour tous les observateurs. Les deux résultats intéressent Hill et bien d'autres, mais ne sont pas encore concluants. Des recherches de suivi sont en cours pour examiner ces indices et exclure d'éventuels facteurs de confusion. Certains ont même suggéré de construire un vaisseau spatial spécial "d'astronomie à contre-jour" pour étudier plus en détail différentes ombres.
Selon Komatsu, les gens pensaient que la cosmologie était terminée depuis cinq à dix ans. « En ce moment, cette situation est en train de changer. Une nouvelle ère commence pour nous.
Source : quantamagazine.org / Zack Savitsky
Günceleme: 23/03/2023 13:09