L'univers n'a pas toujours été un endroit aussi bien éclairé. Il avait son propre âge sombre, à l'époque où les étoiles et les galaxies se sont formées. Le problème est qu'il n'y a pas de lumière visible voyageant à travers l'Univers à partir de cette période.
Maintenant, une équipe d'astronomes dirigée par le Dr Benjamin McKinley du Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR) et l'Université Curtin utilisent la Lune pour aider à percer ces secrets.
L'univers a sa propre chronologie historique, et la compréhension de cette nouvelle recherche nécessite un regard sur cette chronologie. Après le début du Big Bang, il y a eu environ 377 000 ans où il ne s'est pas passé grand-chose. Aucune étoile ne s'était encore formée et il faisait tout simplement trop chaud pour que les photons voyagent. Cette première tranche de temps porte le nom facile à retenir «Early Universe».
À environ 377 000 ans, l'Univers s'était suffisamment refroidi pour devenir transparent. À cette époque, l'Univers était dominé par des atomes d'hydrogène énergétiques. Au fur et à mesure qu'ils se refroidissaient, l'hydrogène libérait des photons. Les photons de cette époque sont connus sous le nom de fond de micro-ondes cosmique (CMB). Le CMB est un peu comme un gros flash de ce moment, imprimé sur le fond du cosmos.
La marque de 377 000 ans est le début de l'âge des ténèbres, et elle s'est poursuivie jusqu'à environ 1 milliard d'années. Ça s'appelle le Dark Ages parce qu'il n'y avait pas d'étoiles, et bien sûr, pas de lumière stellaire. Il y avait la lumière du CMB, mais elle ne nous dit pas ce que nous devons savoir. Heureusement, tout cet hydrogène qui avait refroidi et laissé le CMB aux astronomes pour étudier n'était pas encore fait. Ces hydrogène étaient maintenant neutres, mais ils libéraient encore le photon occasionnel, et ces photons sont connus comme la ligne de spin de 21 cm d'hydrogène neutre. Phew! Respirez.
Ce qui nous amène à cette nouvelle étude. Il y a beaucoup de recherches sur cet hydrogène neutre parce que c'est l'avenue la plus prometteuse pour étudier les premiers jours de l'Univers. Le problème est que le signal est très faible et qu'il est entouré par d'autres objets astrophysiques brillants au premier plan. Les instruments utilisés pour la mesurer introduisent également des effets systématiques qui doivent être réduits. Et c’est vraiment de cela que parle cette étude.
Les auteurs soulignent qu'il s'agit du premier d'une série d'articles sur cette recherche. L'utilisation de la Lune et de la Voie lactée se reflétant sur elle fait partie de l'étalonnage finement réglé nécessaire pour sonder les 21 cm. la ligne de rotation de l'hydrogène, ou ce que nous allons appeler la lumière de l'hydrogène neutre précoce.
Le Dr McKinley et les autres chercheurs utilisent un radiotélescope appelé Murchison Widefield Array (MWA) situé dans une zone radio-silencieuse du désert de l'Australie-Occidentale. Le MWA est un interféromètre composé de 256 installations distinctes couvrant une superficie de 6 km². Chacun de ces 256 sites contient 16 récepteurs distincts, l'ensemble du système étant lié entre eux.
Ce que le Dr McKinley et son équipe essaient vraiment de faire, c'est d'utiliser le MWA pour «percer» à travers la luminosité de l'Univers afin de voir la lumière de l'hydrogène neutre au Moyen Âge. Ils explorent d'abord la luminosité de la Voie lactée, puis la lumière des autres galaxies, puis le CMB. Espérons que, après tout ce qui a été expliqué, il ne reste que la lumière de l'hydrogène neutre. Cette étude est le début de leur tentative d'isoler la lumière de l'hydrogène neutre.
"Nous avons mesuré la valeur de la luminosité moyenne de notre galaxie à l'endroit où la Lune l'occulte, pour montrer que la technique fonctionne." - Dr McKinley, ICRAR.
Dans cette première expérience, l'équipe a utilisé les capacités du réseau Murchison Widefield pour mesurer les fluctuations de la luminosité moyenne du ciel. Ils l'ont fait en utilisant la Lune pour bloquer le ciel. Dans un échange de courriels avec Space Magazine, le Dr McKinley a expliqué le processus. «Nous utilisons donc la Lune pour produire une fluctuation de la moyenne en la mettant dans notre champ de vision pour occulter le ciel. Nous supposons que nous connaissons la luminosité de la Lune (en fonction de sa température) et que nous pouvons donc en déduire la température moyenne du ciel. »
Le problème est que la Lune est également un corps réfléchissant. L'Univers est vivant avec des ondes radio qui rebondissent autour, et la Lune reflète certaines d'entre elles - y compris celles de la Voie lactée - qui doivent être prises en compte. Comme le dit le Dr McKinley, «Mais la température de la Lune n'est pas seulement déterminée par sa température. Il reflète également les ondes radio, y compris celles provenant de la Terre et celles provenant de l'espace. C'est pourquoi j'ai dû modéliser la Voie lactée rebondissant sur la Lune dans le télescope. Nous calculons ce que la réflexion devrait être basée sur un modèle de la Voie lactée, puis nous l'utilisons dans notre analyse (en la soustrayant de la luminosité de la Lune). »
L'image fascinante de la Voie lactée réfléchie par la Lune n'est pas seulement une jolie image. Il représente une sorte de preuve de concept pour les méthodes de mesure de l’équipe. "Nous avons mesuré la valeur de la luminosité moyenne de notre galaxie à l'endroit où la Lune l'occulte, pour montrer que la technique fonctionne", a déclaré le Dr McKinley à Space Magazine.
Le Dr McKinley et son équipe ne sont qu'au début de ce qu'ils espèrent être une piste d'enquête fructueuse. Ils doivent encore affiner la façon dont ils tiennent compte des émissions de premier plan et de fond afin d'isoler les premières émissions radioélectriques d'hydrogène. Mais s'ils le peuvent, ils auront alors ouvert une fenêtre sur l'insaisissable ligne de spin de 21 cm d'hydrogène neutre. Et s'ils peuvent observer cela, ils espèrent répondre à quelques questions fondamentales sur l'histoire de l'Univers.
- Document de recherche: "Mesurer le signal global de 21 cm avec le MWA-I: amélioration des mesures du fond du synchrotron galactique en utilisant l'occultation lunaire"
- Communiqué de presse de l'ICRAR: «La lune aide à révéler les secrets de l'univers»
- Entrée Wikipedia: Chronologie de l'univers
