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Le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes : comment prouve-t-il la théorie du Big Bang ?
Le fond cosmique micro-onde (CMB), également connu sous le nom de rayonnement résiduel, est un rayonnement micro-onde qui remplit tous les recoins de l'univers observable. Lorsque nous utilisons des télescopes optiques conventionnels pour observer les espaces entre les étoiles et les galaxies, presque aucune lumière n’est visible. Cependant, lors de l'utilisation de radiotélescopes sensibles, une faible lueur de fond apparaît, presque uniforme et non associée à une étoile ou une galaxie. Cette lueur est la plus forte dans la région des micro-ondes.
La découverte du rayonnement de fond cosmique micro-ondes marque une nouvelle étape dans notre compréhension de l'origine de l'univers, confortant la vision fondamentale de la théorie du Big Bang.
En 1965, les radioastronomes américains Arno Penzias et Robert Wilson ont découvert accidentellement le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes, qui résumait également une série de recherches scientifiques menées depuis les années 1940. Selon le modèle de l’univers Big Bang, à ses débuts, l’univers était rempli d’un brouillard de plasma dense et chaud composé de particules subatomiques. Au fur et à mesure de l’expansion de l’univers, ce plasma s’est refroidi au point où les atomes se sont combinés en hydrogène neutre.
Une fois ces atomes formés, l'univers ne diffusera plus le rayonnement thermique via la diffusion Thomson et deviendra transparent. Ce processus est appelé période de recombinaison, et les photons libérés pénètrent alors complètement dans tous les recoins de l'univers.
Cependant, en raison de l'expansion continue de l'univers, ces photons subissent un décalage vers le rouge cosmique et deviennent moins énergétiques.
L'existence et l'uniformité relative du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes sont devenues des preuves clés à l'appui du modèle du Big Bang.
De la découverte à l'établissement du modèle théorique
La découverte initiale du CMB a suscité un débat intense, de nombreux scientifiques proposant d'autres explications possibles, telles que l'énergie provenant du système solaire, le rayonnement des galaxies et le rayonnement de plusieurs sources radio dans l'univers. Les scientifiques doivent prouver que la relation entre l’intensité et la fréquence de ce rayonnement micro-ondes est cohérente avec les propriétés d’une source de chaleur ou d’un corps noir. Cette demande a été réalisée en 1968.
De plus, la question de savoir si le rayonnement lumineux est uniforme dans toutes les directions est également l'un des points clés de la recherche. Il a finalement été prouvé en 1970 que ce rayonnement avait bien une origine cosmique.
Caractéristiques du rayonnement de fond cosmique micro-ondes
Le rayonnement de fond cosmique micro-onde présente un spectre de corps noir d'environ 2,725 K, dont l'uniformité contraste fortement avec la structure presque ponctuelle des étoiles ou des galaxies. Il a été mesuré que le CMB présente une uniformité d'environ 1/25 000 dans toutes les directions, avec une variation quadratique moyenne de 100 microkelvins. Bien que les infimes différences dans le CMB soient insaisissables, de nombreux détails peuvent être mesurés avec une grande précision, ce qui est crucial pour les théories cosmologiques.
Les données d'observation du CMB nous fournissent des informations clés sur les propriétés physiques de l'univers primitif.
Grâce à d'autres expériences, les scientifiques ont mesuré ces non-uniformités de température à l'aide de nombreuses expériences au sol et dans l'espace, telles que COBE, WMAP et Planck. Ces mesures révèlent des structures caractéristiques du CMB liées aux diverses interactions de la matière et des photons avant la recombinaison, ce qui donne lieu à des modèles de blocs spécifiques qui varient selon l'angle. La partie du spectre de ces distributions non uniformes représente le spectre de puissance, montrant une série de pics et de creux.
Conclusion : les Lumières du CMB
L'existence du rayonnement cosmique de fond micro-onde est non seulement devenue une preuve clé pour étayer la théorie du Big Bang, mais nous donne également une compréhension plus claire de l'origine et de l'évolution de l'univers. Elle nous permet également de comprendre comment l'univers a évolué. d'un état chauffé à blanc à la forme actuelle. Grâce à des recherches approfondies et continues, pouvons-nous révéler davantage de secrets de l’univers lors d’observations futures, nous permettant ainsi de mieux comprendre notre position et notre rôle ?
