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Notre Galaxie et l’écho lumineux du Big Bang révélés par le satellite Planck

Le satellite Planck de l'ESA vient de délivrer une image exceptionnelle de l'intégralité du ciel provenant du premier relevé, qui est tout juste achevé. Celle-ci met en évidence les deux sources de rayonnement du ciel les plus importantes dans le domaine des micro-ondes : le rayonnement fossile et la Voie lactée. Le rayonnement fossile correspond à l'écho lumineux du Big Bang. Il témoigne des premiers instants de l'Univers, qu'il a traversé pendant près de 13,7 milliards d'années avant de parvenir jusqu'à nous. Dans certaines directions, on voit en superposition le rayonnement issu de divers objets astrophysiques, notamment notre Galaxie, la Voie lactée. Grâce aux observations de Planck à neuf fréquences différentes, et grâce à des techniques sophistiquées d'analyse d'images, il est possible de distinguer ces différents rayonnements. Ils deviendront des produits scientifiques distincts de grande importance, tant pour les astrophysiciens que pour les cosmologistes, et seront rendus publics fin 2012.

Le satellite Planck de l'ESA observe actuellement tout le ciel dans le domaine des micro-ondes[1]. L'objectif principal de la mission Planck est d'observer le rayonnement fossile, c'est-à-dire la lumière issue des premiers instants de l'Univers. Les minuscules fluctuations de température de ce rayonnement portent la trace des germes des grandes structures cosmiques qui se sont formées plus tard, comme les galaxies ou les amas de galaxies. Néanmoins, à ce rayonnement fossile s'ajoute une brume de lumière d'avant-plan issue de notre propre Galaxie. Il s'agit de l'émission du milieu interstellaire, mélange de gaz et poussières qui remplit notre Voie lactée. Cette émission de notre Galaxie ne masque pas le rayonnement fossile, mais se superpose à celui-ci.

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Cette première image de tout le ciel représente une synthèse particulière de toute l'information que Planck est en train de collecter. Elle a été spécifiquement traitée pour mettre en valeur l'émission de notre Galaxie. D'autres traitements peuvent en revanche mettre en exergue la partie cosmologique. Pour y arriver avec la précision requise, les équipes scientifiques de Planck ont développé un système dédié très sophistiqué d'analyse d'images[2], qui utilise toute la finesse et la sensibilité exceptionnelles des images de Planck dans ces neuf bandes de fréquence.
Le ciel micro-ondes vu par le satellite Planck. Cette image couleur a été créée à partir des données Planck obtenues dans neuf bandes de fréquence, comprises entre 30 et 857 GHz, c'est à dire dans le domaine des ondes submillimétriques, millimétriques, et centimétriques (aussi appelées micro-ondes). Notre Galaxie, la Voie lactée, est bien visible dans l'image comme une bande claire horizontale. Une grande région du ciel est illuminée par notre Galaxie, comme en témoignent ces structures claires et filamentaires qui s'étendent bien au delà du plan de notre Voie lactée. Ces émissions ont pour origine le gaz et les poussières du milieu interstellaire.

Le rayonnement fossile est visible sur cette image sous la forme de structures granulaires rougeâtres, principalement visibles au haut et en bas de l'image, où l’émission de notre Galaxie est très faible. Cette image montre qu'il est possible de séparer ces deux émissions, dans de petites régions bien définies (en haut et en bas de l'image). Cependant, les scientifiques de Planck développent des méthodes sophistiquées de traitement d'image pour séparer ces deux composantes sur presque la quasi-totalité du ciel ! Cette image provient des données de Planck collectées pendant les neuf premiers mois de sa mise en service. Planck poursuit ses mesures et devrait fournir au moins 3 autres relevés complets du ciel. © ESA, HFI & LFI Consortia.
La structure granulaire du rayonnement fossile est la plus manifeste dans les régions en haut et en bas de l'image, où l'émission de notre Galaxie est plus faible, » nous explique le responsable scientifique de l'instrument HFI, Jean-Michel Lamarre du Laboratoire d'étude du rayonnement et de la matière en astrophysique[3]. « Par ailleurs, une partie importante du ciel montre différentes régions de la Voie lactée, très brillante le long du plan galactique (la large bande horizontale centrale claire), mais qui s'étend aussi au-dessus et au-dessous, même si elle y est moins intense. »
Jean-Loup Puget, directeur de recherche du CNRS à l'Institut d'astrophysique spatiale[4] et responsable scientifique du consortium de laboratoire qui a construit l'instrument HFI, explique que « le milieu interstellaire de la Voie lactée est composé de nuages de gaz et de poussières de différente composition, température, et densité. Heureusement, les différentes phases du milieu interstellaire émettent dans des bandes de fréquences, des « couleurs » différentes ; ces signatures peuvent être utilisées pour séparer l'émission galactique, et donc pour les soustraire des images afin d'extraire le rayonnement fossile, de la même façon que le cerveau humain est capable d'isoler la voix d'une personne qui parle au milieu d'un groupe en pleine discussion. L'analyse de la composante interstellaire donnera des informations précieuses sur les mécanisme de formation des étoiles dans notre Galaxie.»

François Bouchet, directeur de recherche du CNRS à l'Institut d'astrophysique de Paris[5], coordinateur scientifique et responsable du traitement des données, souligne : « Après 17 ans de travaux préparatoires un peu arides, nous avons enfin sur nos écrans ces données qui recèlent des éléments de réponses à des questions cosmologiques dans la continuation des grandes interrogations sur l'Univers et l'origine qui agitent l'humanité depuis les temps les plus reculés ». Mais les principaux résultats cosmologiques demanderont près de deux années supplémentaires de collecte, de traitement et d'analyse des données. Pendantce temps, l'analyse détaillée de l'émission galactique permettra une grande amélioration de notre connaissance de la structure de la Voie lactée.

 

[1] Entre 30 et 857 GHz, soit les domaines submillimétrique, millimétrique, et centimétrique
[2] Ce système est composé du centre d'opération de HFI basé à l'Institut d'astrophysique spatiale et du centre de traitement des données situé à l''Institut d'astrophysique de Paris, tout deux financièrement soutenus par le CNES.
[3] LERMA, Observatoire de Paris, UPMC, CNRS, ENS, Université de Cergy-Pontoise.
[4] IAS, Université Paris-Sud 11, CNRS, Observatoire des Sciences de l'Univers-Institut National des Sciences de l'Univers.
[5] IAP, UPMC, CNRS, Observatoire des Sciences de l'Univers-Institut National des Sciences de l'Univers.
[6] Institut des Sciences de l'Univers du CNRS
[7] Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS

Pour en savoir plus sur le satellite Planck

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