Le fond cosmique des micro-ondes (ou «CMB» en abrégé) est un rayonnement d’environ 400 000 ans après le début de l’Univers. Cela peut sembler long temps sur les échelles de temps humaines, mais c’est vraiment un clin d’œil par rapport à l’âge de l’Univers, qui est d’environ 13,7 milliards (13 700 000 000) d’années. Avant cette époque, l’Univers était si chaud et dense qu’il était opaque à tous les rayonnements. Même de simples atomes ne pouvaient se former sans être instantanément déchirés en leurs protons et électrons constituants par le rayonnement intense. L’Univers était fait d’un « plasma », ou gaz ionisé, qui est ce dont la surface du Soleil est faite .
Depuis le Big Bang, l’Univers se refroidit et s’agrandit. À environ 400 000 ans au cours de sa vie, il était suffisamment froid (bien que toujours autour de 3000 Celsius) pour que les atomes les plus simples se forment, et il est devenu transparent. La lumière de cette époque a voyagé dans l’espace depuis lors et peut être détectée tout autour de nous d’ici sur Terre ou dans l’espace. Nous pouvons mesurer la rémanence du Big Bang.
L’expansion de l’Univers a étiré le rayonnement CMB d’environ 1000 fois, ce qui le rend beaucoup plus frais. Ainsi, au lieu de voir la rémanence à 3000 degrés, nous la voyons à seulement 3o au-dessus du zéro absolu, ou 3 Kelvin (-270o C). Tout comme un charbon brûlant (environ 1500 K) brille en rouge et une étoile brillante chaude (environ 6000 K) brille en jaune ou en bleu, le CMB brille avec une couleur caractéristique associée à sa température. Cependant, parce qu’il fait si froid, la lumière qui a été émise par l’Univers lumineux a maintenant une longueur d’onde beaucoup plus longue que celle que nous pouvons voir avec nos yeux. Le CMB est le plus brillant à une longueur d’onde d’environ 2 mm, soit environ 4000 fois plus longue que la longueur d’onde de la lumière visible que nous voyons avec nos yeux.
Historique des mesures du CMB
Les premières mesures du CMB dans les années 1960, par Arno Pensiaz et Robert Wilson, ont confirmé que CMB était là et qu’il était tout autour, mais il ne pouvait pas être vu en détail. Ils ont vu un signal constant qui a balayé leur vue de la galaxie. Le CMB est si brillant à des longueurs d’onde millimétriques que si vous désaccordez un vieux téléviseur analogique pour afficher la statique semblable à de la neige, quelques pour cent du signal capté par votre téléviseur proviendront du début de l’Univers.
Dans les années 1990, un satellite appelé COBE mesurait le CMB sur tout le ciel. Cela a aidé à établir plusieurs choses. Premièrement, le CMB est presque complètement uniforme, avec une température presque constante sur tout le ciel. Cependant, ce n’est pas complètement constant. Il y avait de minuscules fluctuations, ou ondulations, de la température, au niveau d’une partie seulement sur 100 000. Si la surface de la Terre était lisse à 1 partie sur 100000, la plus haute montagne ne ferait que 100 m de haut!
Au cours des deux dernières décennies, de nombreuses expériences ont mesuré les minuscules fluctuations du CMB, les précisions s’améliorant progressivement et meilleurs. Ces petites fluctuations sont là à cause de minuscules variations de la densité de l’Univers immédiatement après le Big Bang. Toutes les régions légèrement plus denses ont tendance à attirer plus de matière, à devenir encore plus denses et à attirer encore plus de matière. Ce processus d’emballement est ce qui a conduit à la formation des premières étoiles et galaxies. Les propriétés des fluctuations ont été utilisées pour aider à déterminer l’âge de l’Univers, de quoi il est composé et même comment il pourrait se terminer. Au fur et à mesure que les mesures s’améliorent, notre connaissance de l’Univers augmente. Planck constituera une étape importante dans notre compréhension, mesurant ces fluctuations avec une précision incroyable et avec plus de détails sur tout le ciel que cela n’a été possible dans le passé.
COBE
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COBE -
WMAP -
Planck
Les trois images ci-dessus montrent le ciel simulé aux résolutions de COBE (lancé en 1990), WMAP (lancé en 2001) et Planck. Toutes les images ont la même échelle de couleurs.