Grâce au télescope IRAM NOEMA, situé dans les Alpes françaises, des astronomes ont observé pour la première fois un objet lointain projetant une ombre sur la phase chaude et précoce du Big Bang. Cet objet bloque une partie du rayonnement de fond micro-ondes cosmique (CMB).
Cet objet est un nuage de vapeur d'eau dans une galaxie si distante que nous la voyons telle qu'elle était seulement 880 millions d'années après le Big Bang. L'ombre résulte de l'absorption du rayonnement CMB plus chaud par la vapeur d'eau plus froide sur son chemin vers la Terre. Les astronomes en ont déduit la température du CMB à partir du degré d'« éclipsage ».
Le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes est un vestige de la phase chaude du Big Bang et nous parvient de toutes les directions. Il s'est progressivement refroidi en raison de l'expansion de l'univers : lorsque les distances entre galaxies doublent, sa température diminue de moitié. Depuis sa libération, l'univers s'est étendu d'un facteur d'environ 1 100, et sa température est tombée à 3 Kelvin (-270 °C).
Cette relation directe entre expansion universelle et température du CMB en fait un outil précieux. Mesurer sa température à différentes époques permet d'évaluer les variations du taux d'expansion cosmique au fil du temps.
Mesurer la température du CMB à divers moments de l'histoire cosmique reste un défi majeur. Cependant, les astronomes ont déjà tracé le taux d'expansion des 6 derniers milliards d'années via l'effet Sunyaev-Zeldovich, avec des mesures pour la période 10-11,7 milliards d'années.
Cette nouvelle observation va plus loin, fournissant une mesure du CMB quand l'univers avait moins d'un milliard d'années. Le nuage d'eau distant, plus froid que le CMB à cette époque, absorbe une partie de ce rayonnement. L'intensité de cette « ombre d'absorption » indique la différence de température entre le nuage et le CMB.
Les observations révèlent une température CMB de 16,4 à 30,2 Kelvin, compatible avec les 20 Kelvin prédits par le modèle cosmologique standard. Le lien expansion-refroidissement semble ainsi valide dès les premières phases cosmiques.
Image : L'Observatoire NOEMA dans les Alpes françaises. (IRAM)
