Les scientifiques ont longtemps observé un gradient apparent dans le fond diffus cosmologique, mais ont été incapables de déterminer combien est réel et combien est perçu. Les chercheurs de l'USC Dornsife semblent avoir trouvé une réponse.

Observé depuis la Terre, l'univers semble un peu plus chaud à une extrémité qu'à l'autre, au moins en termes de fond diffus cosmologique (CMB). Mais la question qui taraude les cosmologistes est de savoir si ce déséquilibre dans le CMB est réel ou résulte de l'effet Doppler.

Les scientifiques de l'USC Dornsife Siavash Yasini et Elena Pierpaoli ont peut-être trouvé un moyen de trouver une réponse.

Rendu le plus célèbre peut-être par Edwin Hubble, qui l'a utilisé pour montrer que l'univers est en expansion, l'effet Doppler est le décalage apparent de la fréquence des ondes électromagnétiques dû au mouvement des corps se déplaçant rapidement dans l'espace. Les ondes telles que le rayonnement électromagnétique—les ondes lumineuses, rayons X, micro-ondes, etc. — semblent changer d'énergie, avec ceux se déplaçant vers un observateur semblant être plus énergétiques, ou plus chaud, qu'ils ne le sont vraiment. L'inverse est vrai pour les ondes qui s'éloignent de l'observateur, qui paraissent plus froids.

Les scientifiques qui regardent le ciel voient l'espace derrière la Terre apparaître plus froid que l'espace devant, mais il n'est pas clair s'il s'agit uniquement de l'effet Doppler ou de l'observation d'une véritable différence de température du CMB. C'est une énigme qui persiste depuis des décennies.

Parce que le CMB est l'énergie restante du Big Bang - lorsque l'univers entier a explosé vers l'extérieur à partir d'un seul point - les cosmologistes ont supposé qu'il était dispersé uniformément. L'apparition de deux pôles dans l'univers, l'un plus chaud que l'autre, doit donc résulter de l'effet Doppler, résultat de la course du système solaire dans l'espace.

"Nous pensons qu'un côté du CMB semble seulement plus chaud parce que nous nous dirigeons vers lui, et le côté opposé a l'air plus froid parce qu'on s'en éloigne, " dit Yasini, un doctorat étudiant en physique et astronomie.

Les astrophysiciens mesurant la vitesse du système solaire par rapport au CMB ajustent leurs calculs en fonction de cette hypothèse, tout comme les cosmologues qui étudient le Big Bang et ses conditions peu de temps après.

Mais cela pourrait être une erreur après tout.

"S'il y a un dipôle intrinsèque dans le CMB, c'est-à-dire si un côté du ciel est en fait partiellement plus chaud que le côté opposé - la vitesse que nous assignons au système solaire par rapport au CMB serait incorrecte, " a déclaré Yasini. Cela affecterait la façon dont les scientifiques mesurent la vitesse d'objets distants tels que les galaxies, et les théories sur ce qui s'est passé quelques instants après le Big Bang pourraient être ébranlées.

Exécuter des calculs pour une étude différente mais connexe, Yasini et professeur de physique et d'astronomie Pierpaoli, qui est le mentor de l'école doctorale de Yasini, a trouvé un détail intéressant :le spectre de fréquence du CMB moyenné dans le ciel sera différent si le dipôle est réel et pas seulement le résultat de l'effet Doppler.

En d'autres termes, si le CMB est, En réalité, plus chaud à une extrémité de l'univers qu'à l'autre, la température moyenne mesurée sur l'ensemble du ciel sera légèrement différente que si le CMB est en fait uniforme.

Les découvertes de Yasini et Pierpaoli permettront aux cosmologues entreprenant la prochaine génération d'enquêtes CMB de déterminer la nature du dipôle CMB pour la toute première fois, résoudre l'énigme.

"Maintenant que nous avons une base mathématique pour trouver une réponse, il ne reste plus qu'à faire les observations, " a déclaré Pierpaoli.

S'il s'avère qu'une partie du dipôle est réelle et pas seulement le résultat de l'effet Doppler, les astrophysiciens et les astronomes devront recalibrer toutes leurs mesures pour obtenir une vision plus précise de l'univers observable.

Tout aussi important, les cosmologistes qui étudient le Big Bang et les conditions dans le tout premier univers auront de nouvelles directions à explorer pour comprendre comment et pourquoi le CMB est dispersé de manière inégale, et comment l'univers est devenu tel qu'il est maintenant.