Cette illustration de l'Agence spatiale européenne montre l'époque de la réionisation. Ce que tu regardes, de gauche à droite :la plus ancienne lumière de l'univers, les premières étoiles, le processus de réionisation et les premières galaxies. ESA - C. Carreau Les astronomes ont découvert une relique cosmique du début des temps qui révèle quand les premières étoiles ont pris vie. Ce faisant, ils ont peut-être révélé un indice alléchant sur la façon dont la matière noire a influencé notre univers primitif.
Avant de plonger dans ce qu'est cette relique, nous devons voyager à une époque juste après le Big Bang, qui s'est produit il y a 13,8 milliards d'années. À l'époque, l'univers était un fouillis de plasma tourbillonnant, une collection dense de particules hautement chargées (ou ionisées). Alors que le plasma se refroidissait et que l'univers s'étendait, l'hydrogène neutre (l'atome le plus basique composé d'un proton et d'un électron) a commencé à se former environ 370, 000 ans après que notre univers ait pris vie. Finalement, cet hydrogène gazeux neutre s'agglutine par gravité, déclenchant la formation des premières étoiles qui ont éclaté avec de puissants rayons X.
Exactement quand "l'aube cosmique" s'est produite, cependant, a été ouvert au débat. C'est arrivé il y a si longtemps, et cette première lumière de ces anciennes étoiles de bébé est bien trop faible pour que même l'observatoire le plus avancé puisse la détecter.
Une antenne radio de la taille d'un réfrigérateur située en Australie-Occidentale a cependant contribué à trancher le débat. Cela fait partie de l'expérience pour détecter l'époque globale de la signature de réionisation, ou BORDS. Dans leur quête de l'aube cosmique, les chercheurs du projet ont été occupés à sonder une autre source de rayonnement ancienne appelée le fond diffus cosmologique, ou le CMB. Souvent appelée la rémanence du Big Bang, ce rayonnement remplit l'univers et pouvez être détecté, il est donc pratique pour enquêter sur la première époque de l'existence de notre univers.
Revenons à ces premiers jours de l'univers. Alors que les photons du CMB traversaient l'hydrogène neutre interstellaire à l'époque où les premières étoiles prenaient vie, une empreinte digitale de naissance stellaire était incrustée dans ces photons. Des milliards d'années plus tard, les astronomes viennent de voir son signal – un « creux » révélateur à une fréquence spécifique.
"C'est la première fois que nous voyons un signal de ce début dans l'Univers, mis à part la rémanence du Big Bang, " l'astronome Judd Bowman a dit à Nature. Bowman, qui travaille à l'Arizona State University à Tempe, a dirigé l'étude publiée dans la revue Nature le 28 février.
Trouver ce signal n'a pas été une tâche facile. Les chercheurs ont passé deux ans à confirmer et reconfirmer leurs découvertes, essayant de déterminer si le signal était vraiment une fenêtre sur l'aube cosmique ou un bruit malheureux de notre galaxie. Ils ont même dû soigneusement exclure les interférences radio provenant de l'activité humaine sur et près de la Terre.
"Après deux ans, nous avons passé tous ces tests, et je n'ai pas trouvé d'autre explication, " Bowman relayé à Nature. " A ce moment-là, nous avons commencé à ressentir de l'excitation."
Ce signal très important était une baisse de l'énergie du CMB à une fréquence de 78 mégahertz. Voici pourquoi :le puissant rayonnement X des premières étoiles a modifié le comportement de l'hydrogène gazeux neutre dans l'espace interstellaire. Ce faisant, alors que les photons du CMB traversaient cet hydrogène gazeux, il a absorbé une fréquence particulière - donc plutôt que de rechercher une émission spécifique, les astronomes ont recherché un type d'absorption spécifique, ou une certaine fréquence de rayonnement CMB qui manquait. Ce creux n'a pu être causé que par les premières crises de rayons X des premières étoiles.
Ce détaillé, L'image de tout le ciel des premiers jours de l'univers a été créée à l'aide de neuf années de données collectées par la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson de la NASA (WMAP). Les différentes couleurs indiquent les fluctuations de température. Ces changements correspondent aux graines qui se développeraient dans les galaxies de notre univers. Équipe scientifique NASA/WMAP Alors que l'univers s'étend, heures supplémentaires, cette bande d'absorption s'est étirée. Donc, en mesurant précisément à quel point ce creux s'est étiré, les chercheurs ont pu calculer son âge. Avec toutes ces connaissances en main, ils pourraient déterminer que les premières étoiles sont nées au plus tôt 180 millions d'années après le Big Bang. Mais ce n'est pas tout. Les chercheurs ont pu enregistrer l'heure précise à laquelle le signal a été commuté désactivé .
Ces premières étoiles menaient des vies dures et rapides, brûlant brillant et mourant rapidement comme des supernovas. Cette mortalité massive a généré des rayons X très énergétiques, augmenter la température de l'hydrogène neutre ambiant, en coupant sa fréquence d'absorption CMB caractéristique. Cela s'est produit environ 250 millions d'années après le Big Bang. En effet, cette recherche a ouvert une fenêtre sur l'aube cosmique, celle qui a commencé 180 millions d'années après la naissance de notre univers et s'est terminée 70 millions d'années plus tard – une période qui représente le court laps de temps des premières étoiles.
Cette fouille d'archéologie cosmique pourrait révolutionner notre vision des premières époques de notre univers. Ces premières étoiles étaient les usines qui produisaient les premiers éléments lourds, ensemencer notre univers avec des éléments qui allaient enrichir plus tard les populations d'étoiles, produisant des éléments de plus en plus lourds qui ont fini par former la vaste ménagerie d'objets stellaires, planètes et, finalement, la vie. Donc, voir ce moment important, c'est apercevoir les premiers stades embryonnaires de la chimie diversifiée de notre univers.
"Si nous voulons vraiment comprendre l'échelle cosmique de nos origines, c'est une étape critique pour comprendre, " a ajouté Bowman.
Ce travail semble avoir buté sur autre chose, trop.
Dans une autre étude de Nature basée sur ce signal CMB, un autre groupe de recherche note que la baisse à 78 mégahertz est également remarquable pour son caractère dramatique. Bien qu'il ne représente qu'une baisse d'énergie de 0,1 pour cent, cette baisse est deux fois plus puissante que la théorie le prédit. Cela pourrait signifier qu'il y avait plus de rayonnement que prévu à l'aube cosmique, ou que l'hydrogène neutre était refroidi par quelque chose . Si cette dernière s'avère correcte, ce "quelque chose" pourrait être de la matière noire.
Comme nous le savons tous, la matière noire est théorisée pour incarner la majeure partie de la masse de l'univers. Par des mesures indirectes, les astronomes savent que c'est là-bas, mais ils ne peuvent tout simplement pas le "voir". Il interagit si faiblement que nous ne pouvons détecter que son punch gravitationnel. Mais la profondeur de ce pendage du CMB pourrait être un signal provenant des effets de la matière noire à l'époque où les premières étoiles faisaient leur apparition, à l'époque où la matière noire est théorisée comme étant froide.
Si cela s'avère être le cas, les choses sont devenues encore plus excitantes :si la profondeur de ce creux est amplifiée par la matière noire froide, cela signifie que les particules sont plus petites que les modèles actuels de matière noire ne le prédisent. En d'autres termes, cette recherche pourrait affiner la recherche de matière noire et expliquer pourquoi les physiciens n'ont pas encore déterminé de quoi il s'agit.
« Si cette idée est confirmée, puis nous avons appris quelque chose de nouveau et de fondamental sur la mystérieuse matière noire qui constitue 85 % de la matière de l'univers, ", a ajouté Bowman dans un communiqué. "Cela donnerait un premier aperçu de la physique au-delà du modèle standard."
Ce sont sans aucun doute des découvertes importantes et pourraient révolutionner notre vision du cosmos, mais les chercheurs soulignent que ce n'est que le début de nombreuses années de recherche ciblée. À la lumière de la découverte du pendage, d'autres observatoires sont en cours de réoutillage pour étudier cette fréquence intéressante, comme le projet Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) situé dans le désert du Karoo en Afrique du Sud. Le projet European Low-Frequency Array (LOFAR) vise à aller plus loin et à cartographier le signal pour voir comment il varie dans le ciel. Si la matière noire amplifie ce signal, les astronomes devraient voir un modèle distinct.
Bien qu'il y ait du chemin à parcourir avant que tous ces éléments de preuve s'ajoutent à une découverte révolutionnaire, c'est excitant de penser que les astronomes n'ont pas simplement ouvert une fenêtre sur l'aube cosmique; ils ont peut-être ouvert une fenêtre sur les origines de la matière noire, trop.
Maintenant c'est intéressantLe taux d'expansion de l'univers, connue sous le nom de constante de Hubble d'après l'astronome Edwin Hubble, a varié au cours des décennies depuis sa création. Le taux actuel est estimé à 73 kilomètres (45,3 miles) par seconde par mégaparsec. Un mégaparsec équivaut à environ 3,3 millions d'années-lumière.
