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Si l'on veut être plus précis sur ce que l'on attend des mesures de PlanckPlanck, on peut dire que l'on espère avoir de nouveaux éléments de réponses à des questions fascinantes comme :
Planck est une véritable machine à voyager dans le Temps, qui devrait nous permettre de remonter loin dans l'histoire de l'univers observable, nous donnant de précieux renseignements sur son évolution depuis le Big Bang. © ESA
- Quel est l'âge et la forme de l'univers ?
- Quel sera le futur de l'univers, expansion infinie, implosion ou autre ?
- Quand l'univers est-il devenu transparenttransparent ?
- Quand les premières étoiles et les premières galaxies se sont-elles formées ?
- Quelles sont les formes de matières et d'énergie qui emplissent l'univers ?
- Quels mécanismes ont initié la formation des galaxies ?
L'étude du rayonnement est donc d'une grande importance pour les cosmologistes. C'est pourquoi il a donné lieu à de nombreuses travaux théoriques et observationnelles. Ainsi, Planck représente la troisième génération de satellites destinés à observer le rayonnement de fond diffusdiffus, après Cobe et WMap. La sensibilité de Planck sera plus de 30 fois supérieure à celle de WMap et on pourra atteindre une résolutionrésolution angulaire de l'ordre de 5 minutes d'arcminutes d'arc alors que Cobe se limitait, au mieux, à 7° et que WMap s'en tient à 13 minutes d'arc.
Une précision qui ne pourra plus être dépassée
On peut aussi comparer les observations de WMap et de Planck à celles d'une photographiephotographie avec un certain temps de pose donné. Pour collecter suffisamment de lumièrelumière afin de former une image la plus nette possible de l'univers observable, alors qu'il n'était âgé que de 380.000 ans environ, il suffira d'une année à Planck contre 450 ans à WMap.
Animation montrant la décomposition en harmoniques sphériques (indice l) des fluctuations angulaires sur la sphère céleste en bas, (une zone de 2° x 2° est agrandie en haut à droite) et le spectre de puissance qui en résulte (en haut à gauche). © APC
Pour la mesure des fluctuations de températures, la précision des instruments de Planck atteint une limite physiquephysique qui ne pourra être dépassée par aucun autre instrument. Cette limite est celle du bruit quantique des photons. En effet, Planck est équipé d'un réfrigérateur à dilution où un mélange d'héliumhélium 3 et d'hélium 4, effectué une fois le satellite dans l'espace, refroidit l'instrument à un dixième de kelvinkelvin seulement. Le bruit thermique est donc réduit au minimum et il ne reste plus que les fluctuations quantiques inhérentes à la lumière du CMBCMB elle-même pour limiter la précision des mesures des fluctuations de températures.
Laurence Perotto, qui travaille donc au laboratoire de Physique subatomique et de cosmologie de Grenoble au sein de la collaboration Planck, met en avant l'étonnante sensibilité de cet instrument. « Chaque détecteur (appelé bolomètrebolomètre) de l'instrument haute fréquencefréquence de Planck, (HFI, High Frequency Instrument), atteint la sensibilité ultime au rayonnement CMB. La seule manière pour les expériences futures d'améliorer cette sensibilité consisterait à s'équiper de "matrices" de plusieurs centaines de bolomètres (Planck - HFI comporte 52 bolomètres). Cette extrême sensibilité permettra à Planck de fournir également une très bonne mesure de la polarisation du CMB et en particulier du mode E, très utile pour contraindre les scénarios de réionisationréionisation. »
On voit ici une comparaison des performances de Planck avec celles de ses prédécesseurs. En haut à gauche, les images de Cobe n'ont pas une grande résolution angulaire et les détails des fluctuations de températures du CMB sont lissés. En dessous, on voit que les images de Planck seront en une année d'observations plus précises que celles que fournirait WMap en 8 ans. En bas, on voit une simulation des cartes de polarisation du CMB que Planck devrait fournir. © Cnes
