Un signal provoqué par les toutes premières étoiles à se former dans l'univers a été capté par un radiotélescope minuscule mais hautement spécialisé dans le désert éloigné de l'ouest de l'Australie.

Les détails de la détection sont révélés dans un article publié aujourd'hui dans Nature et nous disent que ces étoiles se sont formées seulement 180 millions d'années après le Big Bang.

C'est potentiellement l'une des découvertes astronomiques les plus excitantes de la décennie. Un deuxième article de Nature publié aujourd'hui relie la découverte à peut-être la première preuve détectée que la matière noire, pensé pour constituer une grande partie de l'univers, pourrait interagir avec des atomes ordinaires.

Accorder le signal

Cette découverte a été faite par une petite antenne radio fonctionnant dans la bande 50-100Mhz, qui chevauche certaines stations de radio FM bien connues (c'est pourquoi le télescope est situé dans le désert reculé de l'WA).

Ce qui a été détecté est l'absorption de la lumière par l'hydrogène atomique neutre gazeux, qui a rempli l'univers primitif après s'être refroidi du plasma chaud du Big Bang.

A cette époque (180 millions d'années après le Big Bang), l'univers primitif était en expansion, mais les régions les plus denses de l'univers s'effondraient sous l'effet de la gravité pour former les premières étoiles.

La formation des premières étoiles a eu un effet dramatique sur le reste de l'univers. Le rayonnement ultraviolet d'eux a changé le spin des électrons dans les atomes d'hydrogène, l'amenant à absorber l'émission radio de fond de l'univers à une fréquence de résonance naturelle de 1, 420MHz, projetant une ombre pour ainsi dire.

Maintenant, 13 milliards d'années plus tard, cette ombre serait attendue à une fréquence beaucoup plus basse parce que l'univers s'est agrandi de près de 18 fois pendant cette période.

Un premier résultat

Les astronomes prédisent ce phénomène depuis près de 20 ans et le recherchent depuis dix ans. Personne ne savait à quel point le signal serait fort ni à quelle fréquence rechercher.

La plupart s'attendaient à ce que cela prenne encore quelques années après 2018.

Mais l'ombre a été détectée à 78 MHz par une équipe dirigée par l'astronome Judd Bowman de l'université d'État de l'Arizona.

Étonnamment cette détection de signal radio en 2015-2016 a été faite par une petite antenne (l'expérience EDGES), quelques mètres seulement, couplé à un récepteur radio très intelligent et un système de traitement du signal. Il n'a été publié qu'après une vérification rigoureuse.

Il s'agit de la découverte astronomique la plus importante depuis la détection des ondes gravitationnelles en 2015. Les premières étoiles représentent le début de tout ce qui est complexe dans l'univers, le début du long voyage vers les galaxies, systèmes solaires, planètes, la vie et le cerveau.

Détecter leur signature est une étape importante et déterminer l'heure exacte de leur formation est une mesure importante pour la cosmologie.

C'est un résultat étonnant. Mais cela devient meilleur et encore plus mystérieux et excitant.

Preuve de matière noire ?

Le signal est deux fois plus fort que prévu, c'est pourquoi il a été détecté si tôt. Dans le deuxième article de Nature, l'astronome Rennan Barkana, de l'Université de Tel-Aviv, dit qu'il est assez difficile d'expliquer pourquoi le signal est si fort, car il nous dit que l'hydrogène gazeux à ce moment est nettement plus froid que prévu dans le modèle standard de l'évolution cosmique.

Les astronomes aiment introduire de nouveaux types d'objets exotiques pour expliquer les choses (par exemple, des étoiles super massives, trous noirs) mais ceux-ci produisent généralement un rayonnement qui rend les choses plus chaudes à la place.

Comment rendre les atomes plus froids ? Il faut les mettre en contact thermique avec quelque chose d'encore plus froid, et le suspect le plus viable est ce qu'on appelle la matière noire froide.

La matière noire froide est le fondement de la cosmologie moderne. Il a été introduit dans les années 1980 pour expliquer comment les galaxies tournent - elles semblaient tourner beaucoup plus vite que ne pourraient l'expliquer les étoiles visibles et une force gravitationnelle supplémentaire était nécessaire.

Nous pensons maintenant que la matière noire doit être constituée d'un nouveau type de particule fondamentale. Il y a environ six fois plus de matière noire que de matière ordinaire et si elle était composée d'atomes normaux, le Big Bang aurait été très différent de ce qui est observé.

Quant à la nature de cette particule, et sa masse, on ne peut que deviner.

Donc, si la matière noire froide entre effectivement en collision avec des atomes d'hydrogène dans l'univers primitif et les refroidit, il s'agit d'une avancée majeure qui pourrait nous amener à cerner sa véritable nature. Ce serait la première fois que la matière noire démontre une interaction autre que la gravité.

Voici le "mais"

Une mise en garde s'impose. Ce signal d'hydrogène est très difficile à détecter :il est des milliers de fois plus faible que le bruit de fond radio, même pour l'emplacement éloigné de l'Australie occidentale.

Les auteurs du premier article de Nature ont passé plus d'un an à faire une multitude de tests et de vérifications pour s'assurer qu'ils n'ont pas fait d'erreur. La sensibilité de leur antenne doit être parfaitement calibrée sur toute la bande passante. La détection est une réalisation technique impressionnante, mais les astronomes du monde entier retiendront leur souffle jusqu'à ce que le résultat soit confirmé par une expérience indépendante.

Si cela est confirmé, cela ouvrira la porte à une nouvelle fenêtre sur l'univers primitif et potentiellement à une nouvelle compréhension de la nature de la matière noire en lui fournissant une nouvelle fenêtre d'observation.

Ce signal a été détecté venant de tout le ciel, mais à l'avenir, il peut être cartographié sur le ciel, et les détails des structures dans les cartes nous donneraient alors encore plus d'informations sur les propriétés physiques de la matière noire.

Plus d'observations du désert

Les publications d'aujourd'hui sont des nouvelles passionnantes pour l'Australie en particulier. L'Australie-Occidentale est la zone la plus silencieuse au monde, et sera le lieu de prédilection pour les futures observations cartographiques. Le Murchison Widefield Array est actuellement opérationnel, et les futures mises à niveau pourraient fournir exactement une telle carte.

C'est également un objectif scientifique majeur du réseau de kilomètres carrés de plusieurs milliards de dollars, situé en Australie-Occidentale, cela devrait être en mesure de fournir des images beaucoup plus fidèles de cette époque.

Il est extrêmement excitant d'attendre avec impatience le moment où nous pourrons révéler la nature des premières étoiles et d'avoir une nouvelle approche via la radioastronomie pour aborder la matière noire, qui s'est jusqu'à présent avéré insoluble.

Espérons que les gouvernements du monde, ou au moins l'Australie, peut garder la fréquence de 78 MHz propre de la musique pop et des talk-shows afin que nous puissions continuer à observer la naissance de l'univers.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.