L’Expérience canadienne de cartographie de l’intensité de l’hydrogène (CHIME) a montré, pour la première fois, qu’elle peut détecter la faible lueur du gaz hydrogène provenant du plus profond du passé de l’univers en utilisant uniquement ses propres données.
Cette percée ouvre la voie à une méthode plus rapide et moins coûteuse permettant aux scientifiques d’étudier l’énergie noire — la force mystérieuse que l’on pense responsable de l’expansion de l’univers à un rythme toujours croissant, et l’une des plus grandes questions ouvertes de la physique. Cette réussite marque aussi une étape importante pour le télescope, conçu précisément dans ce but. Les résultats paraissent aujourd’hui dans un article de The Astrophysical Journal.
« L’hydrogène est l’élément le plus répandu de l’univers et la matière première à partir de laquelle se forment les étoiles », a déclaré le coauteur Dr Arnab Chakraborty, chercheur postdoctoral à l’Université de Toronto, qui a proposé le premier cette découverte. « Sa faible émission radio agit comme un traceur cosmique, révélant comment la matière est répartie dans l’espace. »
Il existe des théories contradictoires sur la nature de l’énergie noire au sein de la communauté astrophysique. En utilisant ses propres données, CHIME peut étudier ces théories de façon indépendante et aider à les confirmer ou à les réfuter.
« Il s’agit d’une technique entièrement nouvelle pour sonder le cosmos, livrée par un instrument conçu, construit et financé par des Canadiens », a déclaré le coauteur Dr Mark Halpern, professeur au département de physique et d’astronomie de l’UBC et chercheur principal de CHIME. « C’est un pas nouveau et audacieux dans le programme mondial de cosmologie et une réussite canadienne. »
Cartographier la lueur de l’hydrogène
CHIME est un radiotélescope situé près de Penticton, en Colombie-Britannique, hébergé par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), qui cartographie chaque jour l’ensemble du ciel de l’hémisphère nord.
Il s’agit d’un projet de recherche pancanadien construit et exploité par des scientifiques de l’Université de la Colombie-Britannique, de l’Université McGill, de l’Université de Toronto et de l’Observatoire fédéral de radioastronomie (CNRC), ainsi que par d’autres collaborateurs nord-américains, dont l’Arizona State University.
CHIME a été conçu pour cartographier la répartition du gaz hydrogène dans l’univers primitif, ce qui permet aux astronomes de calculer son expansion et donc d’étudier l’énergie noire, la force mystérieuse que l’on pense responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers au fil du temps.
Auparavant, CHIME devait corréler ses observations avec les données de relevés de galaxies provenant d’autres télescopes. Ces relevés étudient la même question, à l’aide de la lumière et avec un niveau de détail très fin. Ils coûtent des millions de dollars de plus et ne se concentrent que sur la partie de l’univers suffisamment chaude et dense pour former des étoiles.
En cartographiant la lueur radio combinée que l’hydrogène émet par lui-même, CHIME peut explorer les mêmes questions à plus grande échelle, plus loin dans le passé, pour une fraction du coût et sans dépendre des résultats de quiconque.
Interprétation du signal
Dans un article d’accompagnement, les chercheurs ont examiné ce que le signal observé révèle de la répartition de l’hydrogène dans l’univers.
« Nos données indiquent qu’environ deux pour cent de l’hydrogène de l’univers se trouvait alors sous forme atomique neutre, ce qui est globalement cohérent avec d’autres mesures », a déclaré le coauteur Dr Shabbir Shaikh, chercheur postdoctoral à l’Arizona State University. « En mesurant la façon dont cet hydrogène est réparti et regroupé, CHIME nous offre un nouveau moyen de tester notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies. »
Une célébration différée
Cette découverte n’a pas été un moment de type « Eurêka ». Les chercheurs ont appliqué de nouvelles techniques d’analyse et de traitement des données pour dénicher le faible signal au milieu du bruit écrasant de l’univers en arrière-plan, de la technologie humaine et même de l’instrument lui-même. Ils ont ensuite passé plus d’un an à tester la découverte pour prouver qu’elle était correcte : il s’agissait bien d’un appel de l’univers lui-même alors qu’il était âgé d’environ cinq milliards d’années, d’après 94 nuits de données d’observation recueillies en 2019.
« Nous avons travaillé très dur pour nous convaincre qu’il ne s’agissait pas d’une fausse alerte », a déclaré Dr Chakraborty. « Après tous les tests, le signal persistait. Cela nous a donné la confiance que nous observions de l’hydrogène réel provenant de l’univers lointain. »
Sept ans de données
La mesure actuelle n’utilise qu’une petite fraction des données recueillies par CHIME depuis le début de ses activités. Les chercheurs disposent désormais de près de sept ans d’observations et s’emploient à élargir l’analyse à des périodes plus anciennes de l’histoire cosmique, lorsque l’univers n’avait que trois milliards d’années.
« Pendant longtemps, les astrophysiciens ont cru que cette technique de cartographie de l’hydrogène avec ce type de télescope recelait un grand potentiel. En montrant concrètement que la technique fonctionne en pratique, nous avons ouvert une toute nouvelle fenêtre sur l’univers. Nous pouvons l’utiliser pour tester nos théories actuelles et apprendre de nouvelles choses sur les galaxies et d’autres propriétés de l’univers. » a conclu le Coauteur Dr Simon Foreman, professeur adjoint à l’Arizona State University.
Journal : The Astrophysical Journal – DOI : Lien vers l’étude
Source : British Columbia U
