Il y a un mystère dans le fond diffus cosmologique radio...

C’est une énigme que viennent de découvrir les cosmologistes travaillant sur la mission Arcade équipant un ballon stratosphérique. Le fond cosmologique radio qui aurait été laissé par la réionisation du cosmos à la fin des âges sombres est six fois plus intense que prévu. Aucune explication satisfaisante n’est actuellement disponible...



Environ 380.000 ans après la naissance de l’Univers observable, mais pas instantanément, les atomes se sont formés et plus rien ne s’opposait au voyage des photons sur des distances cosmologiques. C’est l’époque dite de la recombinaison, celle où a été émis le fameux rayonnement de fond diffus avec son spectre de corps noir presque parfait.

Des centaines de millions d’années plus tard, la Renaissance Cosmique se produisait et mettait fin aux Ages sombres. La formation des premières étoiles et les premiers quasars émettaient suffisamment de rayonnement pour que l’Univers ne soit plus totalement sombre dans le domaine optique. Surtout, l’hydrogène neutre composant majoritairement la matière baryonique du cosmos commençait à se réioniser sous l’influence du rayonnement des premières étoiles et des disques d’accrétion des quasars.
Simultanément, partout dans le cosmos visible d'alors, les électrons parcourant le gaz chaud d’hydrogène ionisé étaient freinés par leur passage proche des protons des noyaux d’hydrogène, dans leurs champs coulombiens électrostatiques. Il se produisait alors un phénomène connu sous le nom de rayonnement continu de freinage, ou Bremsstrahlung (aussi appelé free-free emission en anglais), c'est-à-dire l’émission par les électrons d’ondes électromagnétiques bien spécifiques.

Lié à la fin des âges sombres, doit donc exister aujourd’hui un rayonnement de fond diffus cosmologique dans le domaine radio centimétrique, tout comme il en existe dans le domaine des ondes millimétrique, le fameux rayonnement fossile.
Pour étudier la fin des Ages sombres et la Renaissance Cosmique, époques capitales pour la compréhension de la formation des premières étoiles et des premières galaxies, les cosmologistes ont lancé la mission Arcade, acronyme de l'anglais Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics, and Diffuse Emission. Les chercheurs viennent de publier les conclusions portant sur les observations réalisées avec Arcade lors d’un vol en ballon stratosphérique pendant l’année 2006.

Face aux résultats, l’équipe menée par Alan Kogut du NASA's Goddard Space Flight Center a eu un choc...

Quelque chose a été découvert, mais quoi ?

Il existe plusieurs sources possibles d’ondes radios dans le cosmos et leurs émissions se superposent. Il faut donc être capable d’observer ou d’évaluer les différentes composantes pour les séparer et observer un signal caché dans l’arrière fond. Les chercheurs pensent avoir éliminé ainsi toutes les sources de contaminations possibles à l’avant plan.

Alors leur est apparu le fond radio dans la bande de longueur d’onde où l’on doit observer le rayonnement continu de freinage datant de la réionisation. Ce rayonnement est 6 fois plus important que prévu ! Aucune véritable explication théorique n'a pu être avancée. Par exemple, si ce rayonnement venait des galaxies apparues ultérieurement dans l’histoire du cosmos, alors leur densité devrait être bien plus importante que celle que l’on observe.

C’est un résultat à la fois décevant et excitant. D’un côté, le signal nous permettant de sonder la Renaissance cosmique est visiblement noyé par un fond d’origine inconnue et il nous reste pour le moment indétectable. De l’autre, cela signifie que quelque chose de nouveau et d’important au niveau cosmologique vient probablement d’être découvert… Reste à savoir quoi