Un nouveau regard sur la plus ancienne lumière de l'univers

Une forme ovale, avec un motif de taches oranges et bleues.

Agrandir. | En 2013, leTélescope spatial Plancka publié la carte la plus détaillée à ce jour de lafond de micro-ondes cosmique, le rayonnement relique duBig Bang. Il s'agissait de la première image du ciel de la mission de la plus ancienne lumière de notre univers, imprimée dans le ciel alors qu'elle n'avait que 380 000 ans. Maintenant, une nouvelle étude indépendante est d'accord avec les résultats de Planck. C'est une bonne nouvelle pour les astronomes qui tentent de déterminer l'âge et le taux d'expansion de l'univers. Image viaCETTE.

Quel âge a notre univers ? C'est l'une des questions les plus anciennes et les plus fondamentales de l'humanité. Maintenant, les astronomes utilisant le télescope cosmologique d'Atacama (ACTE), élevé dans les Andes du nord du Chili, ont annoncé une nouvelle mesure de larayonnement de fond cosmique, la plus ancienne lumière de notre univers, découverte en 1965 et parfois appeléechassèrentdu Big Bang. La nouvelle mesure suggère que l'univers a 13,77 milliards d'années, plus ou moins 40 millions d'années. Ce nouveau résultat concorde fortement avec les résultats de l'Agence spatiale européennePlancksatellite, qui a mesuré le rayonnement de fond cosmique de 2009 à 2013. Et il est d'accord avec ce qu'on appelle leModèle standardde la physique des particules, développé dans les années 1970 et affiné dans les années qui ont suivi. Le modèle standard résume la meilleure compréhension actuelle des scientifiques sur la façon dontparticules élémentaireset leforces fondamentalesde la nature se rapportent les uns aux autres.

Le nouveauÉvalués par les pairsles résultats étaientpubliédans leJournal de cosmologie et de physique des astroparticulesle 30 décembre 2020.

L'accord entre les études indépendantes donne aux scientifiques l'assurance que leur travail est correct. Le non-accord fait le contraire : il fait croire aux scientifiques que leurs idées ont besoin de plus de travail. En 2019, une étude avait suggéré que l'âge de l'univers pourrait être de centaines de millions d'années plus jeune que les données de Planck ne l'avaient indiqué. Les nouveaux résultats du télescope cosmologique d'Atacama, en revanche, concordent avec les résultats de Planck.Simone Aïoladu Flatiron Institute’s Center for Computational Astrophysics – co-auteur de la nouvelle étude –commenté:

Nous avons maintenant trouvé une réponse où Planck et ACT sont d'accord. Cela témoigne du fait que ces mesures difficiles sont fiables.

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De nombreuses petites taches oranges et bleues s

Comme le satellite Planck, le télescope cosmologique d'Atacama (ACT) au Chili étudie également le fond diffus cosmologique. Voici une partie d'une nouvelle image ACT, couvrant une partie du ciel 50 fois la largeur d'une pleine lune. Cette image représente une région de l'espace de 20 milliards d'années-lumière de diamètre. Image via ACT Collaboration/Le Collège des Arts et des Sciences.

Les nouvelles mesures ne nous disent pas seulement l'âge de l'univers. Ils suggèrent également à quelle vitesse l'univers s'étend.

La vitesse à laquelle l'univers s'étend est décrite par ce qu'on appelle leConstante de Hubble. L'écrituresur son blogle 6 janvier 2021, astrophysicienBrian Koberleindécrit ainsi la constante de Hubble dans le contexte du fond diffus cosmologique :

Dans l'univers primitif, il y avait de petites fluctuations de densité et de température dans la mer dense et chaude du Big Bang. Au fur et à mesure que l'univers s'étendait, les fluctuations se sont également étendues. Ainsi, l'échelle des fluctuations que nous voyons dans le fond diffus cosmologique aujourd'hui nous indique à quel point l'univers s'est développé. En moyenne, les fluctuations sont d'environ un milliard d'années-lumière, ce qui nous donne une valeur pour le taux (le paramètre de Hubble) comprise entre 67,2 et 68,1 kilomètres par seconde parmégaparsec.

Les nouvelles données d'ACT donnent une constante de Hubble de 67,6 kilomètres par seconde par mégaparsec. Les chercheurs de Planck avaient précédemment estimé à 67,4 km par seconde par mégaparsec.Steve Choià l'Université Cornell, premier auteur du nouvel article, a déclaré :

Je n'avais pas de préférence particulière pour une valeur spécifique ; ça allait être intéressant d'une manière ou d'une autre. On retrouve un taux d'expansion qui est juste sur l'estimation de l'équipe satellite de Planck. Cela nous donne plus de confiance dans les mesures de la lumière la plus ancienne de l'univers.

Jeune homme en chemise bleue avec arrière-plan flou.

Steve Choi de l'Université Cornell, auteur principal de la nouvelle étude. Image viaL'Université de Cornell.

Il convient de noter, cependant, que - bien que les valeurs de la constante de Hubble dérivées des données de Planck et ACT concordent bien - ni l'une ni l'autre ne concorde bien avec les valeurs de la constante de Hubble dérivées via des étoiles variables distantes etsupernovae(étoiles qui explosent). Brian Koberleinexpliqué:

… vous pouvez utiliser des étoiles variables et des supernovae distantes pour créer une échelle de distance cosmique qui vous indique le taux d'expansion. Le problème est que cette méthode alternative donne une valeur plus élevée pour le paramètre Hubble. Si la méthode de la supernova est correcte, alors l'univers est plus jeune et s'est étendu plus rapidement que les [travaux sur le rayonnement de fond cosmique] semblent le soutenir. Pendant un certain temps, l'espoir a été que de nouvelles observations et de nouvelles méthodes de mesure de l'expansion cosmique résolvent ce problème…

Mais, a déclaré Koberlein, la nouvelle étude d'ACT anéantit ces espoirs.

SelonMichael Niemack, co-auteur du nouvel article :

La tension croissante entre ces mesures distantes et locales de la constante de Hubble suggère que nous sommes peut-être à la veille d'une nouvelle découverte en cosmologie qui pourrait changer notre compréhension du fonctionnement de l'univers. Il souligne également l'importance d'améliorer nos mesures du fond diffus cosmologique avec le télescope cosmologique d'Atacama ainsi que l'avenirObservatoire SimonsetCCAT-primeprojets que nous construisons actuellement.

Motif de grille en forme de cloche avec de nombreuses petites taches et étiquettes sur fond noir.

L'univers est ancien, mais à quel point ? La réponse actuelle semble être 13,77 milliards d'années, plus ou moins 40 millions d'années. Image via l'équipe scientifique de la NASA/WMAP/Wikipédia.

Pour calculer l'âge de l'univers, les scientifiques doivent estimer à quelle distance la lumière du fond diffus cosmologique (CMB) - la « rémanence » du Big Bang et le record mesurable de quandphotonsa d'abord échappé au « brouillard » de l'univers primitif – a voyagé pour atteindre la Terre. Mais ce n'est pas une tâche facile, alors les astronomes utilisenttriangulationen mesurant l'angle dans le ciel entre deux objets distants. Avec la Terre comme troisième point du triangle, ils peuvent alors estimer la distance des deux objets par rapport à la Terre.

ACT est capable de mesurer de légères fluctuations du fond diffus cosmologique avec une grande précision, ce qui permet d'affiner les estimations.Suzanne Staggsà l'Université de Princeton a commenté :

Le satellite Planck a mesuré la même lumière, mais en mesurant sa polarisation avec une plus grande fidélité, la nouvelle image du télescope de cosmologie d'Atacama révèle davantage des modèles les plus anciens que nous ayons jamais vus.

Lire la suite : Le plus vieux quasar encore détecté

Très nombreux petits points lumineux et ovales colorés sur fond noir.

Vue imprenable sur certaines des plus anciennes galaxies connues de l'univers, depuis le télescope spatial Hubble en 2015. Image via ESA/ NASA/Le magazine Smithsonian.

Bottom line: De nouvelles observations de la plus ancienne lumière de l'univers indiquent que le cosmos a 13,77 milliards d'années et aident à résoudre les incohérences avec d'autres estimations précédentes.

Source : Le télescope cosmologique d'Atacama : une mesure des spectres de puissance du fond diffus cosmologique à 98 et 150 GHz

Université Via Cornell

Via le Collège des Arts et des Sciences