« On pensait que c’était impossible » : des astronomes ont observé l’aube cosmique depuis la Terre pour la première fois !

Au début de son histoire, notre Univers a connu ce que les astronomesastronomes appellent un « âge sombre ». Ce n’est qu’après au moins cent millions d’années que les premières étoiles puis galaxies ont vu le jour, permettant à « l’aube cosmique » de se lever enfin. Cette aube cosmique est longtemps restée inaccessible aux astronomes. Car elle porteporte bien son nom. Contrairement à une aurore qui serait éclatante, l’aube cosmique est pâlichonne. Le signal qu’elle nous renvoie est extrêmement faible. Et contaminé, par exemple, par celui émis aujourd’hui par notre propre Voie lactée qui est au moins 10 à 100 000 fois plus intense.

Plusieurs missions ont été imaginées pour détecter ce signal. Le télescope spatial James-Webb en a dévoilé quelques secrets. Et dans The Astrophysical Journal, des chercheurs de l’université Johns-Hopkins (États-Unis) racontent aujourd’hui comment ils ont développé une méthode qui leur a permis d’observer, pour la toute première fois depuis la Terre ferme, notre Univers tel qu’il était il y a plus de 13 milliards d’années. « On pensait que ce serait impossible », confie Tobias Marriage, chef de projet et professeur de physique et d’astronomie à l’université Johns-Hopkins.

Là où tout le monde avait échoué

Ce sont les signaux micro-ondes émis par l’aube cosmique que les astronomes ont révélés. Des signaux pourtant réputés « notoirement difficiles à capter », car nos ondes radio, nos radars ou nos satellites peuvent les étouffer. Et les variations atmosphériques, la météométéo et la température peuvent les déformer.

Les scientifiques du projet Cosmology Large Angular Scale Surveyor (Class) de la National Science Foundation (États-Unis) ont ainsi utilisé des télescopes spécialement conçus pour détecter les empreintes laissées par les premières étoilesétoiles dans la lumièrelumière résiduelle du Big BangBig Bang. Le fameux fond diffus cosmologiquefond diffus cosmologique. En comparant leurs données avec celles du télescope PlanckPlanck (Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne) et celles de la mission WMAPWMAP – pour Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – (NasaNasa), ils disent avoir pu identifier « le signal provenant de la lumière micro-onde polarisée ». Et ça mérite quelques précisions.

Dans les secrets du fond diffus cosmologique

Pour nous aider à comprendre, Yunyang Li, l’un des auteurs de l’étude, raconte : « Lorsque la lumière frappe le capot de votre voiturevoiture et que vous percevez un éblouissement, il s’agit de polarisation. Pour voir clairement, vous pouvez porter des lunettes polarisées afin de vous protéger de l’éblouissement. Grâce à ce nouveau signal, nous pouvons déterminer quelle part de ce que nous voyons est un éblouissement cosmique provenant de la lumière réfléchielumière réfléchie par le capot de l’aube cosmique, pour ainsi dire. »

Alors, replaçons-nous dans le contexte. Après le Big Bang, l’Univers n’est que brouillardbrouillard. Un brouillard formé d’électronsélectrons. Mais au fur et à mesure que l’Univers s’étend et se refroidit, les protonsprotons capturent ces électrons pour former des atomesatomes d’hydrogènehydrogène. Et des micro-ondes peuvent alors circuler librement entre eux. Puis arrivent l’aube cosmique et la formation des premières étoiles. Leur énergieénergie arrache des électrons aux atomes d’hydrogène. Et ce que les chercheurs ont ici mesuré, c’est la probabilité qu’un photonphoton du Big Bang rencontre l’un des électrons libérés lors de sa traversée du nuagenuage de gazgaz ionisé et dévie de sa trajectoire.

« Mesurer plus précisément ce signal de réionisationréionisation représente un enjeu majeur de la recherche sur le fond diffus cosmologique », explique Charles Bennett, responsable de la mission spatiale WMAP. « Pour nous, l’Univers est comme un laboratoire de physique. De meilleures mesures de l’Univers nous aident à affiner notre compréhension de la matière noirematière noire et des neutrinosneutrinos, des particules abondantes, mais qui restent insaisissables. En analysant plus de données du projet Class à l’avenir, nous espérons atteindre la plus grande précision possible. »