rayonnement de fond

Le ciel nocturne semble paisible, mais en réalité, des particules invisibles — les rayons cosmiques — nous traversent en permanence. Parmi elles, on trouve des électrons et leurs antiparticules, les positrons.

L'Univers est un immense océan sombre. Nous ne voyons que l'écume lumineuse à sa surface — les étoiles et les galaxies. Et dans les profondeurs se cachent deux forces invisibles : la matière noire, qui par sa gravité empêche les galaxies de se disperser, et l'énergie noire, qui, au contraire, repousse l'espace lui-même, accélérant…

Le mystère de l'antimatière dans l'espace n'a cessé de hanter les astrophysiciens : d'où viennent les positons qui se déposent comme des flocons de neige dans les détecteurs ? La réponse pourrait se cacher dans le fond gamma le plus omniprésent. L'Univers est imprégné d'une lumière diffuse — le fond photonique cosmique (CPB).

Les sursauts radio rapides — des impulsions radio millisecondes provenant de galaxies lointaines — sont longtemps restés une énigme.

À la fin des années 1990, le ciel étoilé a réservé une surprise : Saul Perlmutter et Adam Riess ont découvert que l'expansion de l'univers s'accélère.

Quelque part au fin fond du cosmos, un phare radio s'allume pendant une fraction de seconde, puis s'éteint. Ces signaux sont appelés sursauts radio rapides. Ils proviennent d'autres galaxies et durent de la microseconde à la milliseconde.

L'Univers est un immense orchestre interprétant la partition de l'expansion. Les galaxies s'éloignent au rythme d'une musique inaudible : l'énergie noire.

L'Univers ressemble à un immense entrepôt où un inventaire rigoureux a été effectué il y a très longtemps. Le rayonnement fossile est un registre ancien de tout ce qui existait 380 000 ans après le Big Bang. Selon ce registre, la proportion de matière dans le « budget » cosmique (le paramètre Oméga_m) est connue avec une grande précision.

Au centre de presque chaque grande galaxie vit un trou noir supermassif — un géant silencieux autour duquel tourbillonnent étoiles, gaz et d'autres trous noirs plus petits. De temps en temps, l'un de ces objets quitte son orbite et commence à tomber vers le monstre central en une spirale de plus en plus serrée.

La lumière la plus ancienne de l'Univers voyage vers nous depuis près de 14 milliards d'années. Elle est née lorsque le cosmos est devenu transparent, et depuis, son plan d'oscillation tourne imperceptiblement. La cause : un océan invisible qui imprègne tout l'espace — le champ d'énergie sombre qui accélère l'expansion de l'Univers.

L'univers n'est pas un vide, mais une immense sphère cristalline, parcourue de frontières invisibles — les parois de domaine, figées après des transitions de phase.

Dans les premiers instants après le Big Bang, le cosmos ressemblait à un étang géant en train de refroidir. Comme l'eau qui gèle se couvre d'un réseau de fissures, l'Univers en refroidissement aurait pu se craqueler – mais non pas de glace, plutôt de fils infiniment fins d'énergie pure. Ces fils sont appelés cordes cosmiques.

Les astronomes tentent de capter l'écho radio du Big Bang, cette faible lueur qui imprègne tout l'Univers. Mais leurs récepteurs sont submergés par le bruit : notre Galaxie regorge de poussière interstellaire lumineuse, dont le rayonnement peut facilement être confondu avec le signal venu du passé.

Le fond diffus cosmologique est une faible lueur qui subsiste après le Big Bang, comme la trace d'un feu qui se refroidit. Il renferme le code des ondes gravitationnelles qui ont pu naître dans les premières fractions de seconde, lorsque l'Univers s'est gonflé plus vite que la lumière.

La lumière d'un phare lointain se reflète sur le brouillard environnant, et le délai de cette réflexion permet d'estimer la distance. Si le brouillard est hétérogène, la réflexion arrive plus tôt ou plus tard — et la distance s'en trouve faussée.

Le télescope spatial Einstein Probe a enregistré un orage céleste : après un bref (0,4 seconde) sursaut gamma — l'éclair cosmique — un long roulement de tonnerre en rayons X a suivi. Il a duré près de 10 minutes. C'est la première preuve directe que de telles explosions laissent une traînée de rayons X persistante.

Le ciel nocturne est plein d'étoiles, mais elles ne représentent qu'une infime partie de ce qui existe dans l'Univers. Les astronomes ont depuis longtemps remarqué une étrangeté : les galaxies tournent si vite qu'elles devraient se disperser, mais elles ne le font pas.

Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant thermonucléaire, son cœur s'effondre et ses couches externes sont éjectées dans une explosion grandiose — une supernova (terme introduit par Fritz Zwicky en étudiant ces catastrophes).

L'énergie noire et la matière noire sont les chefs d'orchestre invisibles du cosmos. On les considère généralement comme indépendantes, mais une nouvelle étude propose de les voir comme des partenaires de danse. La meneuse — l'énergie noire — fait varier la masse des particules de matière noire.

Pendant sept heures d'affilée, le télescope spatial gamma a enregistré des éruptions qui ne voulaient pas s'arrêter. C'est ainsi qu'a commencé l'histoire de GRB 250702B, le sursaut gamma le plus long jamais observé. Les sursauts typiques durent quelques secondes, rarement quelques minutes.

Le 9 octobre 2022, les détecteurs terrestres ont enregistré un sursaut gamma d'une puissance inédite. GRB 221009A était si brillant que son rayonnement a ionisé les couches supérieures de l'ionosphère, et les instruments satellitaires ont été temporairement aveuglés.

Le télescope ACT, dans le désert chilien d'Atacama, a scruté le ciel de 2007 à 2022. Son objectif : le fond diffus cosmologique, cette lumière qui voyage vers nous depuis 13,8 milliards d'années.

Nuit du 4 mars 2024. Le radiotélescope MeerKAT, en Afrique du Sud, capte une impulsion d'une milliseconde : un sursaut radio rapide venu de 17.4 gigaparsecs de profondeur. C'est une lumière qui a mis 10.5 milliards d'années pour atteindre la Terre.

La nuit, au-dessus de la taïga sibérienne, une faible lueur bleue scintille parfois. Ce n'est pas une aurore boréale, mais une pluie cosmique : une particule venue du fin fond de l'espace percute l'atmosphère et se fragmente en des millions de particules secondaires. Elles foncent vers le sol en un front large, comme une onde provoquée par une pierre jetée dans l'eau, et font briller l'air.