Peu de gens pensent aux micro-ondes cosmiques alors qu'ils font leur repas chaque jour. Le même type de rayonnement qu'un four à micro-ondes utilise pour zapper un burrito aide les astronomes à explorer l'univers. C'est vrai: les émissions de micro-ondes de l'espace contribuent à donner un aperçu de l'enfance du cosmos.
Chasse aux signaux micro-ondes
Un fascinant ensemble d'objets émet des micro-ondes dans l'espace. La source la plus proche de micro-ondes non terrestres est notre soleil. Les longueurs d'onde spécifiques des micro-ondes qu'il envoie sont absorbées par notre atmosphère. La vapeur d'eau dans notre atmosphère peut interférer avec la détection du rayonnement micro-ondes de l'espace, l'absorber et l'empêcher d'atteindre la surface de la Terre. Cela a enseigné aux astronomes qui étudient le rayonnement micro-ondes dans le cosmos à placer leurs détecteurs à haute altitude sur Terre ou dans l'espace.
D'un autre côté, les signaux micro-ondes qui peuvent pénétrer les nuages et la fumée peuvent aider les chercheurs à étudier les conditions sur Terre et à améliorer les communications par satellite. Il s'avère que la science des micro-ondes est bénéfique à bien des égards.
Les signaux micro-ondes viennent dans de très longues longueurs d'onde. Leur détection nécessite de très grands télescopes car la taille du détecteur doit être plusieurs fois supérieure à la longueur d'onde de rayonnement elle-même. Les observatoires d'astronomie à micro-ondes les plus connus se trouvent dans l'espace et ont révélé des détails sur les objets et les événements jusqu'au début de l'univers.
Émetteurs de micro-ondes cosmiques
Le centre de la nôtre Galaxie de la voie lactée est une source de micro-ondes, bien qu'elle ne soit pas aussi étendue que dans d'autres galaxies plus actives. Notre trou noir (appelé Sagittaire A *) est assez calme, car ces choses vont. Il ne semble pas avoir un jet massif et ne se nourrit qu'occasionnellement d'étoiles et d'autres matériaux qui passent trop près.
Pulsars (étoiles à neutrons tournantes) sont de très fortes sources de rayonnement micro-ondes. Ces objets puissants et compacts ne dépassent que les trous noirs en termes de densité. Les étoiles à neutrons ont des champs magnétiques puissants et des taux de rotation rapides. Ils produisent un large spectre de rayonnement, l'émission micro-ondes étant particulièrement forte. La plupart des pulsars sont généralement appelés «pulsars radio» en raison de leurs fortes émissions radio, mais ils peuvent également être «brillants aux micro-ondes».
De nombreuses sources fascinantes de micro-ondes se trouvent bien en dehors de notre système solaire et de notre galaxie. Par exemple, les galaxies actives (AGN), alimentées par trous noirs supermassifs à leurs noyaux, émettent de fortes explosions de micro-ondes. De plus, ces moteurs à trous noirs peuvent créer des jets de plasma massifs qui brillent également aux longueurs d'onde micro-ondes. Certaines de ces structures de plasma peuvent être plus grandes que toute la galaxie qui contient le trou noir.
L'histoire ultime des micro-ondes cosmiques
En 1964, les scientifiques de l'Université de Princeton, David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke et Peter Roll ont décidé de construire un détecteur pour chasser les micro-ondes cosmiques. Ils n'étaient pas les seuls. Deux scientifiques des Bell Labs, Arno Penzias et Robert Wilson, construisaient également une "corne" pour rechercher les micro-ondes. Un tel rayonnement avait été prévu au début du XXe siècle, mais personne n'avait rien fait pour le rechercher. Les mesures des scientifiques de 1964 ont montré un faible "lavage" du rayonnement micro-ondes dans tout le ciel. Il s'avère maintenant que la faible lueur des micro-ondes est un signal cosmique du premier univers. Penzias et Wilson ont ensuite remporté un prix Nobel pour les mesures et analyses qu'ils ont effectuées, ce qui a conduit à la confirmation du fond cosmique micro-ondes (CMB).
Finalement, les astronomes ont obtenu les fonds nécessaires pour construire des détecteurs hyperfréquences basés dans l'espace, qui peuvent fournir de meilleures données. Par exemple, le satellite Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) a effectué une étude détaillée de ce CMB à partir de 1989. Depuis lors, d'autres observations faites avec la sonde d'anisotropie hyperfréquence Wilkinson (WMAP) ont détecté ce rayonnement.
Le CMB est la rémanence du big bang, l'événement qui a mis notre univers en mouvement. C'était incroyablement chaud et énergique. À mesure que le cosmos nouveau-né se développait, la densité de la chaleur a chuté. Fondamentalement, il s'est refroidi et le peu de chaleur qui y a été réparti sur une zone de plus en plus grande. Aujourd'hui, l'univers mesure 93 milliards d'années-lumière de large et le CMB représente une température d'environ 2,7 Kelvin. Les astronomes considèrent cette température diffuse comme un rayonnement micro-ondes et utilisent les fluctuations mineures de la "température" du CMB pour en savoir plus sur les origines et l'évolution de l'univers.
Tech Talk sur les micro-ondes dans l'univers
Les micro-ondes émettent à des fréquences comprises entre 0,3 gigahertz (GHz) et 300 GHz. (Un gigahertz équivaut à 1 milliard de Hertz. Un "Hertz" est utilisé pour décrire combien de cycles par seconde quelque chose émet, un Hertz étant un cycle par seconde.) Cette gamme de fréquences correspond à des longueurs d'onde comprises entre un millimètre (un millième de mètre) et un mètre. Pour référence, les émissions TV et radio émettent dans une partie inférieure du spectre, entre 50 et 1000 Mhz (mégahertz).
Le rayonnement micro-ondes est souvent décrit comme étant une bande de rayonnement indépendante mais est également considéré comme faisant partie de la science de la radioastronomie. Les astronomes se réfèrent souvent à un rayonnement avec des longueurs d'onde dans le infrarouge lointain, les bandes radio hyperfréquences et ultra-hautes fréquences (UHF) font partie du rayonnement "micro-ondes", même s'il s'agit techniquement de trois bandes d'énergie distinctes.