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La mission spatiale Planck, lancée aujourd'hui par l'Agence
spatiale européenne est conçue pour cartographier
avec une précision inégalée le fond de rayonnement
cosmologique, c'est-à-dire le rayonnement fossile de la toute
première lumière de l'Univers, émise 380000
ans après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d'années.
Cinquante fois plus sensible que la mission spatiale précédente,
Planck nous apportera une quantité d'informations précieuses
sur les premiers instants de l'Univers. Bref récapitulatif
des mesures actuelles
Le fond diffus
Le fond diffus a été émis par de la matière à l'équilibre thermique.
Les photons fossiles, émis à une température de 3000°K à l'origine,
sont maintenant à 2,725 °K, en raison du refroidissement dû à l'expansion.
Cependant, les petites inhomogénéités présentes au moment de l'émission
du rayonnement fossile ont perturbé très légèrement cette température,
créant de petites inhomogénéités de température qui devraient être
observables, à supposer que nous disposions d'instruments suffisamment
sensibles pour le faire. L'observation des fluctuations de température
du fond diffus correspond, en quelque sorte, à une photographie
des conditions régnant dans l'Univers, il y a 13,7 milliards d'années,
quand il n'était âgé que de 380.000 ans.
Pour l'instant, les meilleures mesures à très petite échelle
angulaire ont été obtenues depuis le sol, où il est possible d'utiliser
de grandes antennes nécessaires pour observer des fluctuations de
toute petite taille. Les meilleures mesures sur l'ensemble du ciel
ont été obtenues par les satellites équipés de technologies radiométriques
(COBE puis WMAP).
COBE et la première détection des anisotropies
Au début des années 1990, le satellite COBE, lancé par la NASA,
emportait à son bord trois instruments destinés à sonder les propriétés
du fond cosmologique. Le premier de ces instruments, le Spectromètre
FIRAS, a mesuré avec précision la loi d'émission du fond cosmologique,
confirmant son origine cosmologique. Le second, DIRBE, était dédié
à la détection d'un fond infrarouge lié à la formation des premières
galaxies. Le troisième, DMR, a détecté, pour la première fois, de
petites fluctuations de la température du fond cosmologique à grande
échelle angulaire. Ces mesure en effet ont définitivement tranché
en faveur du modèle du Big-Bang, aucun de ses détracteurs ne pouvant
désormais proposer une alternative valable. Toutefois, la résolution
et la sensibilité de DMR ne lui permettaient pas de détecter les
structures causalement connectées à la dernière diffusion. Il était
nécessaire de compléter ces mesures par des mesures à plus petite
échelle angulaire pour vérifier le scénario lié aux prédictions
de l'inflation.
Les missions ballon Archeops, Boomerang, Maxima
Toute une génération d'instruments destinés à détecter les anisotropies
à petite échelle a fait suite à COBE. Parmi les plus remarquables,
les ballons stratosphériques Archeops, Boomerang, et Maxima, ont
mesuré, en observant le fond cosmologique, la courbure spatiale
de l'Univers, en mesurant la taille angulaire des plus grandes structures
causalement connectées au moment de l'émission du fond. La conclusion
est claire : l'Univers est spatialement plat. Cela veut dire que
sa courbure est nulle, ou si faible qu'elle n'est pas mesurable
à l'échelle de notre Univers observable aujourd'hui.
Le satellite WMAP
Les mesures les plus spectaculaires à ce jour ont été effectuées
par le satellite américain WMAP, lancé en juin 2001 depuis Cap Canaveral
en Floride. WMAP a cartographié avec une résolution de 15 minutes
d'arc environ l'ensemble de la voûte céleste à cinq longueurs d'onde
entre 20 et 90 GHz. Ces mesures ont permis d'estimer la valeur actuelle
de plusieurs paramètres cosmologiques, et en particulier :
- L'âge de l'Univers : 13,7 milliards d'années environ ;
- La courbure de l'espace : compatible avec 0 (espace plat) ,
- La teneur en matière ordinaire (appelée baryons) ;
- La quantité de matière noire (matière de nature encore inconnue)
;
- La densité d'énergie du vide (une forme d'énergie encore mal comprise).
Planck
Cinquante fois plus sensible que WMAP, Planck est la troisième mission
du genre. Son objectif est de réaliser la mesure 'ultime' de ces
fluctuations de température, à toutes les échelles angulaires jusqu'à
5 minutes d'arc environ, avec une précision limitée par les incertitudes
d'origine astrophysique, et non plus limitée par la sensibilité
de l'instrument.
Afin d'observer ce rayonnement dont la température n'excède plus
aujourd'hui 2,725 K (-270,435°C) et surtout dresser une carte ultra
précise de ses infimes variations (± 0,002°), Planck dispose d'un
système de refroidissement à six étages (trois passifs et trois
actifs) conçu pour maintenir son miroir principal à 60 K (-213°C),
les détecteurs de sa charge utile à 20 K (-253°C), 4 K (-269°C)
et même à 0,1 K (-273,05°C) pour les bolomètres de l'instrument
haute fréquence HFI.
Ce sera donc l'objet le plus froid jamais lancé dans l'espace.
Le succès de la mission repose dans la
du satellite à faire des mesures aussi précises que
possible en fonctionnant dans un environnement proche du zéro
absolu.
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