Une partie du Murchison Widefield Array la nuit. Crédit :John Goldfield/Celestial Visions
Aujourd'hui, les étoiles remplissent le ciel nocturne. Mais quand l'univers en était à ses balbutiements, il ne contenait aucune étoile. Et une équipe internationale de scientifiques est plus proche que jamais de la détection, mesurer et étudier un signal de cette ère qui voyage à travers le cosmos depuis la fin de cette ère sans étoiles il y a quelque 13 milliards d'années.
Cette équipe, dirigée par des chercheurs de l'Université de Washington, l'Université de Melbourne, Curtin University et Brown University — rapportées l'année dernière dans le Journal d'astrophysique qu'il avait réalisé une amélioration de près de 10 fois des données d'émission radio collectées par le Murchison Widefield Array. Les membres de l'équipe parcourent actuellement les données de ce radiotélescope dans l'ouest de l'Australie à la recherche d'un signal révélateur de cet "âge sombre" mal compris de notre univers.
L'apprentissage de cette période aidera à répondre à des questions majeures sur l'univers d'aujourd'hui.
"Nous pensons que les propriétés de l'univers à cette époque ont eu un effet majeur sur la formation des premières étoiles et ont mis en mouvement les caractéristiques structurelles de l'univers aujourd'hui, " a déclaré le membre de l'équipe Miguel Morales, un professeur de physique à l'UW. "La façon dont la matière était distribuée dans l'univers à cette époque a probablement façonné la distribution des galaxies et des amas galactiques aujourd'hui."
Avant cet âge sombre, l'univers était chaud et dense. Les électrons et les photons se piègent régulièrement, rendre l'univers opaque. Mais quand l'univers avait moins d'un million d'années, les interactions électron-photon sont devenues rares. L'univers en expansion est devenu de plus en plus transparent et sombre, commence son âge sombre.
Étudiants et chercheurs de l'Université Brown, L'Université Curtin et l'UW construisent de nouvelles antennes pour le Murchison Widefield Array. À l'extrême droite se trouve Nichole Barry, titulaire d'un doctorat de l'UW et actuellement chercheur postdoctoral à l'Université de Melbourne. Devant elle se trouve Ruby Byrne, doctorante en physique à l'UW. Crédit :Collaboration MWA/Université de Curtin
L'ère sans étoiles a duré des centaines de millions d'années au cours desquelles l'hydrogène neutre - des atomes d'hydrogène sans charge globale - a dominé le cosmos.
"Pour cet âge sombre, bien sûr, il n'y a pas de signal basé sur la lumière que nous pouvons étudier pour en savoir plus - il n'y avait pas de lumière visible !" a déclaré Morales. "Mais il y a un signal spécifique que nous pouvons rechercher. Il vient de tout cet hydrogène neutre. Nous n'avons jamais mesuré ce signal, mais nous savons que c'est là-bas. Et c'est difficile à détecter car au cours des 13 milliards d'années écoulées depuis que ce signal a été émis, notre univers est devenu un endroit très occupé, rempli d'autres activités des étoiles, galaxies et même notre technologie qui noie le signal de l'hydrogène neutre."
Le signal vieux de 13 milliards d'années que Morales et son équipe recherchent est une émission radio électromagnétique émise par l'hydrogène neutre à une longueur d'onde de 21 centimètres. L'univers s'est étendu depuis ce temps, étirant le signal jusqu'à près de 2 mètres.
Ce signal devrait contenir des informations sur l'âge des ténèbres et les événements qui y ont mis fin, dit Morales.
Quand l'univers n'avait que 1 milliard d'années, les atomes d'hydrogène ont commencé à s'agréger et à former les premières étoiles, mettre un terme à l'âge des ténèbres. La lumière de ces premières étoiles a lancé une nouvelle ère - l'époque de la réionisation - dans laquelle l'énergie de ces étoiles a converti une grande partie de l'hydrogène neutre en un plasma ionisé. Ce plasma domine encore aujourd'hui l'espace interstellaire.
Kangourous au Murchison Widefield Array. Crédit :Collaboration MWA/Université de Curtin
"L'époque de la réionisation et l'âge sombre qui la précède sont des périodes critiques pour comprendre les caractéristiques de notre univers, comme pourquoi nous avons des régions remplies de galaxies et d'autres relativement vides, la distribution de la matière et potentiellement même de la matière noire et de l'énergie noire, " dit Morales.
Le Murchison Array est l'outil principal de l'équipe. Ce radiotélescope se compose de 4, 096 antennes dipôles, qui peut capter des signaux basse fréquence comme la signature électromagnétique de l'hydrogène neutre.
Mais ces types de signaux basse fréquence sont difficiles à détecter en raison du "bruit" électromagnétique provenant d'autres sources qui rebondissent dans le cosmos, y compris les galaxies, les étoiles et l'activité humaine. Morales et ses collègues ont développé des méthodes de plus en plus sophistiquées pour filtrer ce bruit et les rapprocher de ce signal. En 2019, les chercheurs ont annoncé qu'ils avaient filtré les interférences électromagnétiques, y compris de nos propres émissions de radio, de plus de 21 heures de données Murchison Array.
Avancer, l'équipe en compte environ 3, 000 heures de données d'émission supplémentaires collectées par le radiotélescope. Les chercheurs tentent de filtrer les interférences et de se rapprocher encore plus de ce signal insaisissable de l'hydrogène neutre et de l'âge sombre qu'il peut éclairer.
