A la recherche d’un ancien signal qui pourrait expliquer l’Univers moderne

Comprendre l’univers n’est pas chose facile tant il est immense et surtout très ancien. Pourtant, un signal vieux de 12 milliards d’années pourrait nous fournir de précieuses informations sur les toutes premières étoiles et éclairer du coup nos lanternes sur les origines de l’univers moderne, de la matière noire et de tout le reste.

Partout dans le monde, des antennes radio balayent le ciel à la recherche du même faible signal de « l’aube cosmique », une époque où les premières étoiles sont nées, il y a plus de 12 milliards d’années.

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Un signal qui va révolutionner notre compréhension de l’univers

Le signal n’est pas un message d’une civilisation extraterrestre, ni un signal provenant d’un corps céleste à la limite du temps. En fait, il provient d’un des composants les plus simples de l’univers : les atomes d’hydrogène neutres. Étant donné que ces atomes absorbent et libèrent des photons ayant une longueur d’onde de 21 centimètres, le signal est connu alternativement sous le nom de signal de l’hydrogène neutre ou de signal 21-centimètres.

Si les scientifiques parviennent à détecter ce signal, ils pourront enfin élucider certains des plus anciens mystères sur les origines de tout : les galaxies, les étoiles et même les énigmatiques matière et énergie noire qui représentent 95% de la masse de l’univers selon les scientifiques.

« Il y a beaucoup de concurrence pour savoir qui va le détecter en premier, mais d’autre part, il y a aussi une collaboration et des connaissances qui sont partagées », a déclaré Anastasia Fialkov, chercheuse principale à la Kavli Institute for Cosmology à Cambridge, au Royaume-Uni.

Lentement mais sûrement, les scientifiques se rapprochent de cette détection capitale. En septembre notamment, une équipe a publié une nouvelle estimation de l’endroit d’où le signal est parti. Cette estimation était environ 10 fois plus précise que les estimations précédentes. L’année dernière, une autre équipe avait réussi à faire la tentative de détection du signal la plus prometteuse à ce jour. Mais les résultats sont encore à l’étude.

En quête du Signal de l’Hydrogène Neutre

La détection du signal de l’hydrogène neutre pourrait ouvrir la première fenêtre d’observation sur le début de l’époque de réionisation (EoR). C’est l’ère la plus méconnue de l’histoire de l’univers et elle a commencé quelques centaines de millions d’années après le Big Bang.

« Nous savons que l’hydrogène neutre existe, le signal de l’hydrogène neutre doit également exister », affirme Leon Koopmans, professeur à l’Université de Groningue et chercheur principal du LOFAR Epoch of Reionization Key Science Project, qui utilise le télescope LOFAR pour rechercher le signal de l’hydrogène neutre.

Avant l’EoR, il y a eu une époque appelée l’âge des ténèbres cosmique, où l’univers était privé de lumière stellaire. C’est pendant l’EoR que s’est matérialisée la structure de base de l’univers dans lequel nous vivons aujourd’hui, parsemé d’étoiles et de galaxies baignant dans la matière et l’énergie noire. Mais les scientifiques ne savent pratiquement rien sur le laps de temps d’environ 500 millions d’années qui sépare l’âge des ténèbres et l’univers moderne baigné de lumière que nous connaissons. Le meilleur moyen de sonder enfin cette époque inaccessible est de capter ce signal de l’hydrogène neutre.

Mais sa détection est l’une des activités les plus difficiles de l’astronomie et de la cosmologie. Pour cause, le signal 21-centimètres était déjà faible lorsqu’il a été émis à l’aube cosmique. Après avoir parcouru des distances et des échelles de temps extrêmes pour nous atteindre, le signal infime se retrouve au milieu des interférences plus fortes provenant des galaxies, des étoiles, des nébuleuses, mais aussi des gadgets émettant des ondes radio depuis la Terre.

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