Des contraintes fournies par Planck sur la Ré-ionisation de l’Univers
Le satellite Planck de l'ESA a déjà révélé que les premières étoiles de l'Univers ont commencé à se former plus tard que ce que les observations du fond cosmologique indiquaient. Cette nouvelle analyse montre aussi que ces étoiles étaient la seule source nécessaire pour rendre compte de la ré-ionisation des atomes dans le cosmos, avec la moitié du processus déjà fait lorsque l'Univers n'avait que 700 millions d'années.
Ré-ionisation cosmique. Copyright : ESA – C. Carreau
Les observations des galaxies très éloignées abritant des trous noirs super massifs indiquent que l'Univers a été complètement ré-ionisé à l'âge de 900 millions d'années. Le point de départ de ce processus est néanmoins bien plus difficile à déterminer et a été le sujet de vives discutions ces dernières années.
"Le CMB peut nous dire à quelle époque la ré-ionisation a commencée et, en même temps, quand les premières étoiles se sont formées dans l'Univers," explique Jan Tauber, scientifique du projet Planck à l'ESA.
"C'est dans les toutes petites fluctuations de la polarisation du CMB que l'on peut voir l'influence du processus de ré-ionisation et en déduire quand il a débuté."
Polarisation du Fond Cosmologique (Cosmic Microwave Background). Credit : ESA et la Collaboration Planck
Une première estimation de l'époque de la ré-ionisation a été faite en 2003 à partir des données du satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) de la NASA, suggérant que ce processus pourrait avoir débuté tôt dans l'histoire cosmique, quand l'Univers n'avait que quelques centaines de millions d'années. Cette première estimation a vite été corrigée, lorsque les données suivantes de WMAP ont repoussées la date de début à des époques plus tardives, indiquant que l'Univers n'avait pas été significativement ré-ionisé avant au moins 450 millions d'années.
En 2015, la Collaboration Planck a fourni de nouvelles données pour s'attaquer au problème, déplaçant l'époque de la ré-ionisation encore plus tard dans l'histoire cosmique et révélant que ce processus était à moitié réalisé lorsque l'Univers avait environs 550 millions d'années. Les résultats étaient fondés sur les premières cartes globales de la polarisation du CMB du ciel vu par Planck, données obtenues avec l'instrument LFI (Low-Frequency Instrument).
Maintenant, une nouvelle analyse des données de l'autre détecteur de Planck, HFI (High-Frequency Instrument), qui est plus sensible à ce phénomène que n'importe quel autre instrument précédent, montre que la ré-ionisation a commencé encore plus tard - bien plus tard que toute autre donnée ne l'avait suggéré.
"Les mesures très sensibles d'HFI ont clairement démontré que la ré-ionisation a été un processus très rapide commençant plutôt tardivement dans l'histoire cosmique et qu'elle avait ré-ionisé la moitié de l'Univers alors qu'il avait 700 millions d'années," dit Jean-Loup Puget de l'Institut d'Astrophysique Spatiale d'Orsay, France, principal investigateur de l'instrument HFI de Planck.
"Ces résultats nous aident maintenant à modéliser le début de la phase de ré-ionisation."
"Nous avons aussi confirmé qu'aucun autre agent n'était nécessaire, en dehors des premières étoiles, pour ré-ioniser l'Univers," ajoute Matthieu Tristram, scientifique de la Collaboration Planck au Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire d'Orsay, France.
La nouvelle étude situe la formation des première étoiles bien plus tardivement que l'on ne le pensait jusque-là, dans l'histoire du cosmos, suggérant que la première génération de galaxies est largement dans la gamme observable des prochains observatoires astronomiques, et peut-être même de certains observatoires actuels.
En fait, il est probable que certaines des toutes premières galaxies ont déjà été détectées avec les expositions longues, telles que le champ ultra profond observé par le télescope spatial Hubble NASA/ESA, et il sera bien plus facile que prévu d'en voir d'autres avec les futurs observatoires tels que le James Webb Space Telescope NASA/ESA/CSA.
Références :
Planck intermediate results. XLVI. Reduction of large-scale systematic effects in HFI polarization maps and estimation of the reionization optical depth
Planck Collaboration
A&A, Forthcoming article, Accepted: 14 July 2016, doi: 10.1051/0004-6361/201628890
Planck intermediate results. XLVII. Planck constraints on reionization history
Planck Collaboration
A&A, Forthcoming article, Accepted: 23 July 2016, doi: 10.1051/0004-6361/201628897
Lire aussi l'article sur le site de l'ESA (en anglais).
