biréfringence cosmique

Les huit cartes du ciel prises par les différents détecteurs du télescope Planck ressemblent à huit atlas routiers d'une même ville, dessinés par différents cartographes. Chaque atlas est tourné d'un angle qui lui est propre : l'un tenait sa planchette légèrement inclinée, un autre légèrement pivotée. Si l'on superpose les atlas, les rues ne coïncident pas.

Imaginez que vous regardez une chaîne de montagnes lointaine à travers le brouillard matinal. Les contours des sommets sont flous, et si le brouillard est hétérogène, certains versants se perdent plus que d'autres. C'est à peu près ainsi que les astronomes perçoivent la lumière ancienne de l'Univers, qui met 13,8 milliards d'années à nous parvenir.

La lumière issue de l'époque la plus chaude de l'Univers voyage vers nous depuis près de 14 milliards d'années. C'est le fond diffus cosmologique — une faible lueur qui remplit tout le ciel.

La lumière issue des tout débuts de l'univers voyage vers nous depuis 13,8 milliards d'années. Pendant ce temps, sa polarisation — la direction de ses oscillations — a pu subir une rotation, comme l'aiguille d'une boussole qu'on aurait discrètement tournée. Ce phénomène est appelé par les physiciens biréfringence cosmique.

Il y a mille ans, les Vikings emportaient en mer du spath d'Islande. Ce cristal translucide décomposait la lumière en deux faisceaux. En comparant leur luminosité, ils pouvaient trouver le soleil même dans le brouillard. La biréfringence — le terme physique pour ce phénomène — aide aujourd'hui à traquer la force la plus insaisissable du cosmos.

2.1 × 10⁻⁹ — c'est à peu près l'écart de température observé sur le ciel, comme si l'on mesurait, à la surface de l'océan, des ondulations hautes d'une fraction de millimètre. Cette infime inhomogénéité est gravée dans le fond diffus cosmologique et raconte les tout premiers instants.

Dans un système binaire serré, une étoile chaude, tel un projecteur, éclaire son compagnon plus froid. Une partie de la lumière est diffusée par les électrons libres de son atmosphère — c'est la diffusion de Thomson — et acquiert une polarisation linéaire.

Une goutte d'hélium froid frôle dangereusement un trou noir. Ce n'est pas une simple goutte : c'est une étoile morte de la taille de la Terre, mais dont la masse est comparable à celle du Soleil.

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.

Autour d'un feu invisible tourbillonne un gaz incandescent. Le feu lui-même est caché, mais ses contours se devinent à la façon dont les flammes dansent. C'est à peu près ainsi que les astronomes « voient » les trous noirs — non pas l'objet lui-même, mais la matière surchauffée qui, avant de tomber dans l'abîme, est accélérée à des vitesses énormes et brille.

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.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles fonctionnent comme des microphones ultra-sensibles, captant les frémissements de l'espace provoqués par de lointaines catastrophes cosmiques.

Si l'on regarde une carte des galaxies lointaines, elle n'est pas parfaitement uniforme : d'un côté du ciel, il y en a un peu plus, de l'autre, un peu moins. Ce déséquilibre a été remarqué dans plusieurs relevés du ciel, et il ne ressemble pas à un hasard.

Une goutte de métal sur un semi-conducteur, c'est comme une île dans la mer. Pour atteindre cette île, un électron doit payer un "droit de passage" : franchir une barrière qui apparaît parce que l'île est minuscule et que chaque charge supplémentaire modifie fortement son énergie. Ce phénomène s'appelle le blocage de Coulomb.

Dans ses premiers instants, l'Univers ressemblait à une pâte qui tantôt lève rapidement, tantôt s'immobilise une seconde. Durant ces brèves poussées — que l'on appelle expansion entrecoupée — même d'infimes champs magnétiques ont pu croître, comme des bulles dans une pâte bien battue.

La lumière de l'étoile HD 163296 traverse le disque de gaz et de poussière qui l'entoure, comme le faisceau d'une lampe de poche traverse une eau trouble.

La lumière des galaxies lointaines traverse les lentilles d'un télescope comme à travers une pile de vitres. Chaque vitre est recouverte d'un film mince pour réduire les reflets. Mais ce film agit comme un filtre polarisant : une composante de l'onde lumineuse passe un peu plus facilement, l'autre un peu moins.

Dans le monde familier, il y a trois dimensions. Mais les physiciens envisagent l'existence de directions cachées, repliées sur elles-mêmes. Si l'une d'elles est enroulée en bouteille de Klein — une surface sans intérieur ni extérieur — les lois fondamentales se brisent.

En 1936, deux physiciens, Werner Heisenberg et Hans Euler, en travaillant sur les équations de l'électrodynamique quantique, découvrirent quelque chose d'étrange. Dans un champ magnétique suffisamment intense, le vide devrait cesser d'être vide.

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.