Nouvelles de la mission Planck

[...]La plus vieille lumière du monde, émise environ 380.000 ans après la naissance de l’Univers observable lorsque les premiers atomes se formaient, présente un spectre de corps noir presque parfaitement uniforme. Presque car ce spectre montre des anisotropies de températures et d’états de polarisation qui peuvent se révéler très bavardes sur les questions précédentes.

Le satellite européen Planck, qui a commencé à cartographier le rayonnement fossile en août 2009, a presque terminé sa première carte du ciel. Un second relevé, affinant le premier grâce à la collecte de davantage de photons va bientôt débuter. Comme tout se passe pour le mieux, on prévoit maintenant qu’aux deux relevés initiaux s’en ajouteront d’autres pour atteindre un total de quatre. Il faudra cependant attendre décembre 2012 avant que les premières publications sur ce rayonnement de fond diffus cosmologique, encore appelé CMB, soient disponibles. [...]

Les poussières galactiques froides sous le regard de Planck


Cette image, fournie par IRAS en 1983, du rayonnement infrarouge des poussières galactiques, montre le plan galactique où se forment des étoiles massives chauffant le milieu interstellaire (couleurs blanche). On voit aussi au centre la région centrale de la Galaxie et des structures filamenteuses de couleur jaune-rouge plus froide. Le cadre rouge indique la zone montrée par les images de Planck rendues publiques. Crédit : IRAS



En additionnant les images des poussières galactiques froides déjà données par la mission IRAS, en 1983, à celles données par Planck on obtient cette image, correspondant au cadre rouge de la figure 1. Les tons rougeoyants indiquent des températures jusqu'à 12° au-dessus du zéro absolu et les tons blancs jusqu'à des dizaines de degrés au-dessus du zéro absolu (ce sont les lieux de formation d'étoiles massives). On voit un voisinage du Système solaire avec le plan galactique jusqu'à 500 années-lumière environ. Crédit : ESA-HFI Consortium, IRAS

http://image-cnes.fr/1-loeil-du-satellite/planck-voit-les-etoiles-naitre/



Dans l’infrarouge lointain, le télescope spatial européen Planck voit l’invisible et nous révèlent des phénomènes de l’Univers de façon inédite…

Grâce à ses yeux si particuliers, Planck montre des paysages tout à fait différents et invisibles auparavant. Capable de travailler dans 9 fréquences d’observation (6 sont couvertes par l’instrument français HFI), il peut ainsi isoler des détails et des informations qui donnent une vision très complète de toutes les phases du milieu interstellaire environnant ce site de formation d’étoiles très actif.

C’est ce que montrent les toutes dernières images produites par le satellite dans lesquelles le milieu interstellaire, où baignent les étoiles, apparaît sous différents angles.


Voir aussi ce lien du cnes : http://www.cnes.fr/web/CNES-fr/8472-gp-planck-des-images-inedites-de-la-formation-des-etoiles.php

http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=46917



De nouveaux aspects de notre galaxie sont révélés grâce à Planck et aux dernières images paru voir celle précédemment poster et ce lien plus haut.

Planck livre sa première image complète du rayonnement fossile

Le 14 mai 2009, la fusée Ariane lançait Herschel et Planck dans l’espace. Destiné à l’observation du rayonnement fossile, le satellite Planck vient de terminer son premier scan complet du rayonnement fossile. L’image obtenue est en ligne sur le site de HFI-Planck France avec l’état quotidien de la mission.

Enfin ! La première image complète du rayonnement fossile observée par les instruments de Planck, le rayonnement de fond diffus laissé par le Big Bang, est disponible. La mission prévue pour durer initialement 14 mois, avec deux relevés de la carte du rayonnement fossile, se présente très bien. Quatre voire cinq relevés sont programmés. Un journal de bord du satellite permet de suivre la progression de la mission nominale de façon quotidienne sur le site de HFI-Planck France.

Pour la publication des résultats scientifiques, il faudra s’armer de patience car l’équivalent de ce qui a été fait récemment avec WMap 7 n’est pas prévue avant décembre 2012.

La carte est quasiment complète (le grand U en blanc est un cercle qui n'a pas été balayé, puis déformé par la projection géométrique en planisphère), mais elle montre surtout l'émission micro-onde de la Voie Lactée, qui barre tout le milieu du document, à l'horizontale. Tout ce bruit devra être soigneusement retiré de la carte, mais les mouchetures visibles en dessous et au-dessus sont bel et bien du signal du rayonnement cosmologique à 3 K.

Je suis agréablement surpris par les images de cibles plus spécifiquement astronomiques, comme le milieu interstellaire dense. Cela ajoute un complément appréciable à la mission, qui est déjà fort importante par son seul aspect de cartographie du bruit de fond cosmologique.

Ce lien vous mènera sur la page de l'agence Européenne et sera la carte que Planck aura prise durant son année :

http://www.esa.int/esaCP/SEMJYGRZ5BG_Belgium_fr_0.html

Ce communiqué réalise une synthèse très bienvenue des résultats obtenus par Planck, autant pour l'étude spécifique du bruit de fond cosmologique que dans le domaine plus large de l'astronomie micro-onde. Il reste à voir la carte débarrassée de l'émission galactique (en rose et bleu), et forcément les résultats des recherches menées à partir de ce fameux document. Nous en avons pour quelques années...

Vers la fin de la séquence vidéo, au moment où la sphère se déploie en un planisphère, on remarque un changement d'inclinaison, le dessin pivotant vers la gauche. Ce n'est pas un caprice du vidéaste : la confection de la carte sphérique est montrée avec le plan de l'écliptique à l'horizontale ; le plan de l'écliptique sert de référence à toutes les opérations ayant lieu dans le Système Solaire (y compris les manipulations de Planck). Pour ce qui est des données enregistrées, vu que cela se passe dans l'Univers lointain, on adopte le plan de référence conventionnel matérialisé par la Voie Lactée (la longue bande claire qui devient, justement, horizontale après le pivot du planisphère).

Planck : première découverte d'un superamas de galaxies grâce au rayonnement fossile

Citation :

Le satellite Planck vient de découvrir un superamas de galaxies grâce à son empreinte sur le rayonnement fossile, témoin des premiers instants de l'Univers. Il s'agit d'une première pour le satellite, qui a également révélé, avec une extrême précision, de nouveaux amas de galaxies. Ces objets, qui abritent des centaines voire des milliers de galaxies, sont les plus grandes structures connues de l'Univers. Grâce à ces données, les scientifiques espèrent mieux comprendre comment la matière noire et la matière visible se rassemblent sous la forme de telles structures.



Depuis son lancement le 14 mai 2009, début de la mission de l'Agence spatiale européenne, le satellite Planck délivre des images exceptionnelles de la totalité du ciel. On peut y découvrir les plus grandes structures connues de l'Univers avec une précision inégalée dans le domaine des ondes millimétriques : les amas et les superamas de galaxies.



Pourtant, ces structures géantes n'émettent pas de rayonnement directement observable par Planck. Elles sont observées grâce à la détection des photons du rayonnement fossile (l'écho lumineux du Big-Bang), qui sont légèrement altérés lors de leur passage à travers les amas et superamas.



« Au cours de leur parcours à travers l'Univers, les photons du rayonnement fossile interagissent avec la matière qu'ils rencontrent. Ces interactions laissent des empreintes chargées d'informations précieuses sur l'évolution de l'Univers » explique Nabila Aghanim, de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay [1]. C'est notamment le cas de l'effet Sunyaev-Zel'dovich, produit par interaction des photons avec le gaz chaud présent à l'intérieur des amas de galaxies, et qui change légèrement la fréquence des photons issus du fond cosmologique. Cet effet SZ, caractéristique de la présence d'amas de galaxies, se manifeste par une zone donnée du ciel plus sombre que la moyenne aux fréquences plus basses que 217 GHz (soit 1,3 mm de longueur d'onde) et plus brillant aux plus hautes fréquences.



Par sa capacité à produire des images du ciel en 9 « couleurs » dans le domaine des ondes millimétriques, le satellite Planck est unique et surtout idéal pour observer l'effet SZ dans sa version sombre et brillante. « Ceci est un atout majeur de Planck, lui permettant de détecter facilement les amas de galaxies en utilisant la différence de couleur entre basses et hautes fréquences » indique Marian Douspis de l'IAS [1]. « Avec cette technique, rajoute Jean-Baptiste Melin, du CEA Irfu [2], nous serons capables de détecter plus d'un millier d'amas de galaxies sur l'intégralité du ciel ». Les amas de galaxies sont parmi les plus grandes structures et les plus récemment formées de l'Univers. Ils permettent donc de retracer l'évolution de ce dernier et surtout de mieux comprendre comment la matière noire et la matière visible s'organisent et se structurent.



L'autre atout essentiel de Planck réside dans le fait que c'est la seule expérience capable d'observer le ciel entier et donc d'imager les grandes échelles angulaires en plusieurs couleurs dans les ondes millimétriques. « Nous sommes maintenant en mesure de comparer une image composite multi-fréquences de l'amas Coma obtenue avec Planck avec l'émission dans le domaine des rayons X du gaz chaud obtenue grâce au satellite ROSAT », explique Etienne Pointecouteau, du Centre d'études spatiales et des rayonnements de Toulouse [3]. Coma est un amas proche, bien étudié, qui couvre plus de 2 degrés sur le ciel, c'est à dire plus de quatre fois la taille apparente angulaire de la Lune. Il est très chaud et présente donc une émission forte dans le domaine des rayons X (image de droite) ainsi qu'un effet SZ fort et étendu (image de gauche). « Avec ces deux images X et SZ, et en utilisant des observations à d'autres longueurs d'onde, visible ou infrarouge, nous en saurons beaucoup plus sur les processus physiques en action dans ces objets exceptionnels » précise Monique Arnaud, du laboratoire « Astrophysique, instrumentation et modélisation » de Paris-Saclay [4].

Les premières observations de l'intégralité du ciel tout juste achevées nous ont déjà permis de découvrir de nouveaux amas de galaxies mais également des structures encore plus grandes, et dans ce cas précis, un superamas de galaxies. Un programme d'observations complémentaires alloué par le responsable scientifique du satellite XMM-Newton, a permis de confirmer la découverte de nouveaux amas. « Les observations faites avec XMM-Newton ont révélé que l'un des « candidats amas » était en réalité un superamas constitué d'au moins trois amas de galaxies » ajoute Monique Arnaud. « C'est la toute première fois que l'on découvre un superamas de galaxies grâce à l'effet Sunyaev-Zel'dovich » dit Nabila Aghanim. Là encore, l'étude détaillée de ces objets rares permettra de lever le voile sur l'organisation de la matière en galaxies, gaz et matière noire. « Cela ouvre de belles perspectives pour l'utilisation scientifique de l'échantillon du catalogue d'amas de galaxies qui sera rendu public début 2011 » conclut Jean-Loup Puget, de l'IAS, le responsable scientifique du projet.

Planck a découvert un super-amas de galaxies (lien cliquable)

Citation :

Les membres de la collaboration Planck ont annoncé avoir découvert un super-amas de galaxies trahissant sa présence par son interaction avec le rayonnement fossile. Des observations de ce genre donneront de précieux renseignements sur la formation des grandes structures de l’univers et le rôle de la matière noire.

Il faudra attendre décembre 2012 avant que ne soient publiées les premières analyses portant sur les images du rayonnement de fond diffus, observées par le satellite européen Planck. Mais l’ESA a déjà fourni il y a quelque temps des images brutes de Planck, inutilisables pour préciser les paramètres cosmologiques mais montrant clairement une partie du rayonnement associé aux poussières de la Voie lactée.

Il y a quelques semaines, les astrophysiciens et cosmologistes de la collaboration Planck ont tout de même rendu publiques quelques-unes des observations astrophysiques livrées par le satellite. Il s’agit tout d’abord d’observations menées au niveau des amas de galaxies, et surtout de la découverte d’un super-amas inconnu jusqu’ici.

Dans les deux cas, c’est une illustration d'un célèbre effet découvert par deux grands cosmologistes russes, d’abord théoriquement à la fin des années 1960, et ensuite observé pour la première fois en 1983. Il s’agit de l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ).

On ne présente plus Yakov Borisovich Zel'dovich, dont les contributions dans des domaines aussi divers que l'adsorption et la catalyse, les ondes de chocs, la physique nucléaire, la physique des particules, l'astrophysique, la cosmologie et la relativité générale, sont innombrables.

D’ailleurs Stephen Hawking lui avait avoué lors de son premier voyage en ex-URSS : « Avant de vous avoir rencontré, je pensais que vous étiez un auteur collectif, comme Bourbaki ». Rashid Alievitch Sunyaev, lui, a été l’un des collaborateurs de Zel’dovich et il s’est vu attribuer récemment le célèbre prix Crafoord.

Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années : une phase d’inflation foudroyante vient d’étirer l’univers primordial 1026 fois au moins en une infime fraction de seconde. L’univers est alors constitué de particules de matière (noire et ordinaire), ultra-dense et opaque : le rayonnement produit y est en effet immédiatement absorbé. S’il est remarquablement homogène, il comporte néanmoins de faibles fluctuations de pression et de température, issues des infimes inhomogénéités présentes au moment de l’inflation.


Puis l’expansion se poursuit, à un rythme plus lent, et l’univers se dilue et se refroidit. 380 000 ans après le Big bang, il est suffisamment froid pour que les électrons et les protons se combinent pour créer les premiers atomes. Il devient alors soudain transparent, et le rayonnement peut enfin se propager : le fond diffus cosmologique (CMB en anglais), ou rayonnement fossile, est né.

13,8 milliards d’années plus tard, les inhomogénéités initiales se sont progressivement condensées sous l’effet de la gravitation, et des structures de plus en plus complexes –galaxies et amas de galaxies– sont apparues. Depuis l’une d’elles, la Voie Lactée, nos scientifiques prédisent puis détectent le rayonnement fossile, qui nous parvient de zones de plus en plus éloignées, après un voyage de 13,7 milliards d’années à travers un espace en expansion – ce qui vaut à sa longueur d’onde d’être étirée jusque dans le domaine du millimètre.


Les satellites COBE puis WMAP, sans oublier le ballon Archeops, cartographient ce rayonnement sur le ciel avec une résolution angulaire (la capacité à discerner des petits détails) et une sensibilité (la capacité à distinguer de très faibles contrastes dans l’intensité reçue) sans cesse améliorées. Ils confirment plusieurs prédictions de la théorie décrivant la petite enfance de l’Univers, avec cependant parfois un degré de confiance limité par les performances instrumentales.

Planck, conçu pour lever les doutes subsistant et calculer les paramètres fondamentaux avec une précision record, vient de montrer qu’il a réussi sa mission. En utilisant seulement les deux premiers relevés du ciel (5 ont été réalisés avec les deux instruments HFI et LFI), les scientifiques sont déjà parvenus à des conclusions spectaculaires :

la confirmation de la « platitude » de l’Univers,
la révision à la baisse de la constante de Hubble, et donc du rythme d’expansion de l’Univers,
une nouvelle évaluation de la composition de l’Univers : 69,4 % d’énergie noire (contre 72,8 % auparavant), 25,8 % de matière noire (contre 23 %) et 4,8 % de matière ordinaire (contre 4,3 %).,
une corrélation entre la polarisation et les pics de température du rayonnement, une prédiction théorique qui se voit ainsi vérifiée,
deux cartes inédites et précieuses : la carte du potentiel gravitationnel et celle du fond diffus infrarouge. La première est obtenue en mesure les (très faibles !) déviations subies par les photons du rayonnement fossile au passage à proximité de puits de potentiel (autrement dit, d’objets massifs). La seconde est la somme de la lumière infrarouge de toutes les galaxies, qui se présente sous la forme d’un brouillard inhomogène. Ces cartes révèlent la façon dont la matière noire et la matière ordinaires ont interagi au cours de l’histoire.

Ils ont également mis en évidence un résultat inexpliqué : si l’on s’intéresse à l’amplitude moyenne des fluctuations du CMB à grande échelle (plus de 6° sur le ciel), celle-ci semble plus faible en moyenne que ce que prédit la théorie – pourtant si bien vérifiée par ailleurs….

Pour atteindre ces résultats, les équipes Planck ont réalisé une prouesse en termes de traitement du signal : il s’agissait d’éliminer les plus petits biais instrumentaux du signal mesuré, puis de séparer la contribution du rayonnement fossile de celle des galaxies. En sortie, 9 cartes du rayonnement fossile, correspondant aux 9 bandes de fréquence de Planck (6 pour HFI et 3 pour LFI). Le spectre ainsi reconstitué correspond à une température, celle du CMB : 2,7 K. Les fluctuations du CMB d’un point du ciel à l’autre n’excèdent pas quelques millionièmes de degré !

Et Planck nous donne rendez-vous en 2014 pour aller encore plus loin, lorsque la totalité des relevés effectués aura été analysée.

La France est leader de l’instrument haute fréquence Planck-HFI, essentiel pour les résultats cosmologiques. Il a été développé sous la coordination de l’IAS à Orsay, et le traitement de ses données est piloté par l’IAP. Le CNES a financé environ la moitié de la contribution française et apporté un soutien technique, notamment en mettant au point le système cryogénique qui a refroidi les détecteurs de HFI à 0 ,1 K, un record pour un objet spatial humain. Le CNES soutient également fortement l’effort de traitement des données.