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Planck est avant tout un formidable outil de cosmologie. On attend de lui qu'il livre quelques secrets de l'univers, concernant sa forme et les conditions de sa naissance. Est-il fini, comme le pense Jean-Pierre Luminet ? Y a-t-il eu un avant Big Bang ou une phase où le temps devenait imaginaire, comme le proposent Martin Bojowald et ses collègues ? Nul ne le sait vraiment et il est bien possible qu'une nouvelle génération d'instruments soit nécessaire pour trancher.
Quoi qu'il en soit, Planck est déjà un outil extraordinaire pour l'astrophysique. En effet, avant d'avoir accès au rayonnement fossile proprement dit, il faut soustraire du signal enregistré par les instruments de PlanckPlanck des émissions parasitesparasites que l'on appelle des avant-plans. Ce peut être par exemple celles des poussières galactiques ou celles des électrons relativistes fonçant à travers les champs magnétiques galactiques. Ces émissions ont chacune un spectre propre, plus intense dans des bandes de fréquencefréquence différentes, ce qui permet de les distinguer et donc de les soustraire. Ce qui est du bruit pour un cosmologiste est en l'occurrence une information pour un astrophysicienastrophysicien car il renseigne sur l'intimité de notre Voie lactéeVoie lactée.
Cartes du ciel présentant la distribution spatiale du « voile micro-onde » réalisées avec les observations à 30 et 44 GHz de l'instrument LFI du satellite Planck. L'intensité de ce voile galactique reste faible comparée à l'émission globale qui est ici masquée dans les régions où elle domine très largement. © Esa/Consortia HFI/LFI
Planck observe-t-il de la matière noire ?
Et justement, la collaboration Planck vient de confirmer la présence d'une composante dans le domaine du rayonnement micro-onde déjà entrevue par les instruments de WMap. Il s'agit, selon l'expression des chercheurs, d'une sorte de « voile micro-onde » entourant le centre de notre GalaxieGalaxie. Il ressemble au rayonnement synchrotronrayonnement synchrotron des électrons relativistes, à une différence près : son spectre est plus « dur », en ce sens qu'il ne décroît pas aussi rapidement lorsque l'énergieénergie augmente.
On ne connaît pas encore l'origine de ces énigmatiques émissions micro-ondes centrales. Certains ont proposé de les relier à la présence supposée de la matière noire qui doit se concentrer dans le bulbe de la Voie lactée. Selon certains modèles, les particules de matière noirematière noire pourraient s'annihiler ou se désintégrer et on peut donc penser que Planck voit indirectement ce processus à l'œuvre. Mais des explications bien moins exotiquesexotiques ont aussi été proposées. Le taux de supernovaesupernovae galactiques pourrait avoir été sous-estimé.
Des nuages moléculaires en dehors du disque galactique
Une autre information astrophysique est aussi disponible grâce à Planck. Elle concerne la localisation des nuagesnuages moléculaires froids où peuvent prendre naissance des étoiles. L'hydrogènehydrogène est l'élément le plus abondant dans le cosmoscosmos observable. On le trouve bien sûr dans les étoiles de la séquence principaleétoiles de la séquence principale sous forme de plasma et il est donc bien visible, mais on sait qu'il est aussi présent dans les nuages interstellairesnuages interstellaires.
Quand il est sous forme d'hydrogène atomique, sa température est si basse qu'il ne rayonne pas dans le domaine optique mais on peut cartographier sa répartition dans la Voie lactée grâce à la fameuse raie à 21 cm. C'est d'ailleurs ainsi que l'on a découvert la structure spirale de la Galaxie. Mais lorsqu'il est sous forme moléculaire, sa détection est moins facile. Par chance, il existe dans les nuages moléculaires d'hydrogène des moléculesmolécules de monoxyde de carbonemonoxyde de carbone. Heurtées par l'hydrogène moléculaire, ces molécules de CO se retrouvent portées à des énergies plus élevées et elles se désexcitent en émettant du rayonnement dans le domaine millimétrique.
Bien qu'étant un excellent traceur des nuages moléculaires, ce rayonnement n'est pas facilement observable au sol avec des radiotélescopesradiotélescopes. Ou plus exactement, les campagnes d'observations du monoxyde de carbone sont tellement coûteuses en temps qu'elles étaient limitées aux portions du ciel où l'on soupçonnait déjà l'existence de nuages moléculaires.
Planck n'a pas cette limitation, notamment parce que la mission a été conçue pour effectuer plusieurs couvertures complètes du ciel dans l'espace. Et c'est ainsi que les chercheurs ont découvert plusieurs nuages moléculaires froids là où on ne les attendait pas. En l'occurrence, on sait maintenant qu'il en existe en dehors du plan galactique.
