22 Septembre 2014

Planck révèle l’écran de poussière polarisée devant le fond diffus cosmologique

Le consortium Planck a publié une analyse statistique de l’émission polarisée de la poussière de notre Galaxie dans les régions du ciel les plus propices à la mesure de la polarisation de la première lumière de notre univers.

Cette étude montre que, contrairement à ce qui avait été envisagé par la collaboration BICEP2 notamment, la polarisation du signal d'avant-plan galactique est suffisamment importante pour masquer celle du fond diffus cosmologique, et ce sur la totalité de la voûte céleste. Ainsi, la détection des ondes gravitationnelles primordiales, par Planck ou par les autres équipes avec des observations réalisées du sol et de ballons stratosphériques, exigera la délicate séparation des contributions cosmologique et galactique de la polarisation du ciel. Ce signal primordial associé à la phase d’inflation au tout début de l’histoire de notre univers semble encore plus difficile à traquer que prévu…

Le satellite Planck qui a mesuré et révélé au printemps 2013 la lumière reçue de tout le ciel dans le domaine d’émission du fond diffus cosmologique, ne se contente pas de nous apprendre quelle quantité de lumière provient d’une direction donnée. Il récupère également une autre information précieuse, la polarisation, qui pourrait nous permettre de sonder les premiers instants du Big Bang.

L’intensité du fond diffus cosmologique a été cartographiée avec une précision sans précédent par Planck, et aujourd’hui les chercheurs de la collaboration continuent l’analyse ultrafine des données pour mesurer la polarisation de ce rayonnement. C’est l’un des objectifs phares de la mission Planck, car cette polarisation pourrait révéler la présence d’ondes gravitationnelles primordiales générées aux premiers instants du Big Bang. Une détection de ces ondes validerait l’explication proposée par les théoriciens pour rendre compte de l’uniformité du fond diffus cosmologique. Cela validerait aussi l’existence d’une phase dite d’inflation où l’expansion de l’Univers a été exponentielle et donnerait une meilleure idée de l’énergie à laquelle s’est produite cette inflation. Le défi est à la mesure de l’enjeu, car le signal attendu est à la fois très faible et mêlé à l’émission de notre propre galaxie, la Voie Lactée et nécessite une compréhension très poussée de tous les effets instrumentaux.

L'émission de la poussière (des particules de tailles sub-microniques) présente dans l’espace interstellaire de notre galaxie est le principal signal polarisé du ciel dans le domaine de fréquences le plus propice à cette recherche. La polarisation de son émission provient de l’alignement des grains de poussière par rapport au champ magnétique de notre galaxie.

Les données de Planck ont permis de caractériser statistiquement la composante polarisée de cette émission sur le ciel et d’en dresser la carte. À partir de ces données, on déduit l’amplitude de la polarisation galactique, celle-là même qui peut mimer, dans les analyses, le signal cosmologique. Cette carte est construite en extrapolant le signal polarisé mesuré à 353 GHz. À cette fréquence, le signal de la poussière galactique est le plus fort et la part du fond diffus cosmologique négligeable, on obtient ainsi un signal « purement » galactique. Les données Planck ont également été utilisées pour caractériser la dépendance du signal galactique en fonction de la fréquence d’observation, c’est cela qui a permis d’extrapoler les mesures faites à 353 GHz vers les fréquences d’observation du fond diffus cosmologique (800 GHz) et de construire la carte d’amplitude de la polarisation galactiques à cette fréquence.

Ce résultat montre que la polarisation galactique ne peut être négligée nulle part sur le ciel, par rapport au signal que les cosmologistes cherchent. La situation se complique donc par rapport aux annonces, probablement prématurées de la collaboration BICEP2, de la découverte des ondes gravitationnelles primordiales en mars dernier.