Il semblerait que la compréhension moderne de la structure de l'univers soit déjà bien établie et généralement acceptée. Mais de temps en temps, il faut le défendre contre des soi-disant anomalies, des écarts inexpliqués par rapport à la norme qui remettent en cause le modèle standard. Parlons aujourd'hui de la façon dont un étrange phénomène cosmologique, de par sa nature et par une coïncidence de circonstances appelée "l'Axe du Mal", a presque brisé la cosmologie moderne.
Écho du Big Bang
La Terre regarde le ciel avec des milliers d'yeux télescopiques. Plusieurs dizaines d'autres sont placés en orbite. Les premiers télescopes étaient optiques et ont été conçus pour observer la partie lumineuse du spectre du rayonnement électromagnétique, qui est accessible à l'œil humain. Les modernes scrutent l'espace sans fond et observent ses objets dans tout le spectre du rayonnement électromagnétique. Prenons par exemple l'observatoire spatial Swift. Il est conçu pour enregistrer et observer les sursauts de rayons gamma cosmiques - des sursauts d'énergie gigantesques observés dans des galaxies éloignées. Placez le rayonnement gamma à ondes courtes au tout début du spectre électromagnétique. L'observatoire orbital russe Radioastron étudie les trous noirs et les étoiles à neutrons dans la gamme radio, plus près de l'autre extrémité du spectre.
Certains observatoires en orbite sont mieux connus, d'autres moins. En tête de la cote de popularité, le télescope spatial Hubble, qui est en orbite depuis 27 ans. Il étudie l'espace dans les domaines du visible, de l'ultraviolet et de l'infrarouge. Kepler est également largement connu, équipé d'un photomètre hypersensible fonctionnant dans la gamme 430-890 nm (gammes visible et infrarouge) et capable d'observer simultanément les fluctuations de luminosité de 145 000 étoiles.
Mais parmi eux, il y a des observatoires orbitaux, dont le but principal n'est pas les étoiles, les planètes ou les galaxies individuelles, mais l'Univers lui-même. Le but de les trouver en orbite est d'aider les astronomes à comprendre la structure de notre Univers, à essayer de comprendre son histoire. Et peut-être, et voir à travers le mur des distances incroyables et d'autres univers.
Lancé par la NASA en juin 2001, l'observatoire WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en faisait partie. L'appareil était destiné à étudier le rayonnement des reliques de fond, qui s'est formé à la suite du Big Bang. Jusqu'en octobre 2010, il était à 1,5 million de km de la Terre en orbite près du point de Lagrange L2 du système Soleil - Terre. Dans la période de 2001 à 2009, il a scanné la sphère céleste et a transmis les résultats des observations à la Terre. Sur la base des données obtenues par le télescope, une carte radio détaillée du ciel a été compilée à plusieurs longueurs d'onde électromagnétiques: de 1,4 cm à 3 mm, ce qui correspond à la gamme des micro-ondes.
Le rayonnement de la relique remplit uniformément l'Univers. Ce rayonnement micro-ondes de fond, apparu à l'époque de la recombinaison primaire de l'hydrogène, est une sorte d '«écho» du Big Bang. Il a un haut degré d'isotropie, c'est-à-dire une uniformité dans toutes les directions. Son spectre de rayonnement correspond au spectre de rayonnement d'un corps absolument noir avec une température de 2,72548 ± 0,00057 K. Le rayonnement maximal tombe sur des ondes électromagnétiques d'une longueur de 1,9 mm et d'une fréquence de 160,4 GHz (rayonnement micro-ondes). Sans entrer dans les détails, à l'échelle du rayonnement électromagnétique, il se situe entre le rayonnement infrarouge thermique et les fréquences des communications cellulaires, de la radio et de la télévision. Le rayonnement de fond micro-ondes est isotrope avec une précision de 0,01%. C'est exactement ce qu'indique l'alternance de zones orange "chaudes" et bleues "froides" sur les cartes radio des engins spatiaux. Il a une anisotropie à petite échelle.
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En 2010, l'observatoire a achevé sa mission. Tout comme WMAP a remplacé l'observatoire Cosmic Background Explorer (COBE), également connu sous le nom d'Explorer 66, et il a été remplacé par l'observatoire européen Planck plus sensible et moderne situé au même point L2 … Planck a une sensibilité plus élevée et une gamme de fréquences plus large.
Comparaison des résultats de COBE, WMAP et Planck. Une illustration de la différence de sensibilité de leurs instruments de mesure
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Percé par l'axe
La principale disposition de la cosmologie moderne, sur laquelle reposent la plupart des modèles modernes de la structure de l'Univers, est le principe dit cosmologique. Selon lui, au même moment dans le temps, chaque observateur, où qu'il soit et dans quelque direction qu'il regarde, trouvera en moyenne la même image dans l'Univers.
Cette indépendance du lieu d'observation, l'égalité de tous les points de l'espace s'appelle l'homogénéité. Et l'indépendance par rapport à la direction d'observation, l'absence de direction privilégiée dans l'espace, c'est-à-dire le fait que l'Univers ne préfère pas une direction à une autre, c'est l'isotropie. Et son absence est l'anisotropie.
Tout irait bien, mais seulement dans le processus de traitement des données obtenues par la sonde WMAP, des conclusions ont été tirées sur une telle anisotropie de l'Univers. Les résultats de l'analyse des données ont montré la présence dans l'espace d'une certaine région étendue, autour de laquelle se déroule l'orientation de toute la structure de l'Univers. Autrement dit, dans l'espace, il existe toujours une direction dans laquelle les galaxies et les grands objets spatiaux sont alignés. Ce phénomène, capable de briser le concept moderne de l'Univers, s'appelait "l'Axe du Mal". Le terme lui-même a été inventé par le physicien et cosmologiste portugais João Magueijo travaillant au Royaume-Uni.
Les zones bleues sont les plus froides, les zones oranges sont les plus «chaudes». Ligne blanche - "Axe of Evil". Contour avec un ovale - Supervoid d'Eridani
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On pense que ce nom n'est pas tant associé à la «géométrie» du phénomène qu'à l'influence que le phénomène peut avoir sur les idées dominantes actuelles concernant l'Univers. Entre autres choses, quelques années plus tôt, le président américain George W. Bush a introduit le même terme à propos de pays qui, selon les États-Unis, parrainent le terrorisme international et constituent une menace pour la paix et la stabilité sur la planète.
Il convient de noter que notre Univers présente une certaine inhomogénéité et anisotropie. Sinon, il n'y aurait pas de galaxies, pas d'étoiles, pas de planètes. Et, à la fin, vous et moi aussi. Ce sont tous des écarts par rapport à l'homogénéité de l'univers. Le principe cosmologique s'applique à de très grandes échelles, bien au-delà de la taille d'un amas de galaxies. Nous parlons de centaines de millions d'années-lumière. À plus petite échelle, l'inhomogénéité est possible en raison des fluctuations quantiques provoquées par le Big Bang.
Mageiju, observant les régions «chaude» (orange) et «froide» (bleue) des fluctuations du rayonnement de fond micro-ondes, a fait une découverte intéressante. Il a constaté que même aux plus grandes échelles, les fluctuations du rayonnement relique (fluctuations de température) ne sont pas localisées au hasard, mais relativement ordonnées.
Un autre exemple d'une telle manifestation d'anisotropie est un point froid relique dans la constellation d'Eridanus. Ici, le rayonnement micro-ondes est nettement inférieur à celui des zones environnantes. À près d'un milliard d'années-lumière de diamètre, le Supervoïde Eridani a beaucoup moins d'étoiles, de gaz et de galaxies que d'habitude.
Il n'y a aucune compréhension exacte de ce qui aurait pu causer un tel trou béant. La professeure Laura Mersini-Houghton de l'Université de Caroline du Nord donne cette explication fascinante: "Il s'agit certainement d'une empreinte d'un autre univers au-delà du nôtre."
Semblait?
Et en 2009, l'ESA a lancé le télescope Planck plus avancé en orbite. Le vaisseau spatial avait deux instruments à bord pour étudier le ciel: un récepteur basse fréquence couvrant la gamme de fréquences de 30 à 70 GHz, ce qui correspond à des longueurs d'onde d'environ 4 à 10 mm, et un récepteur haute fréquence avec une fréquence de 100 à 857 GHz et des longueurs d'onde de 0, 35 à 1 mm. Le rayonnement collecté est focalisé sur les instruments par un système de deux miroirs - le principal, mesurant 1,9 sur 1,5 m, et le secondaire, dont la taille est de 1,1 sur 1,0 m. Les récepteurs du télescope ont été refroidis à presque zéro absolu, fonctionnant à une température de -273, 05 ° C, soit 0,1 ° C au-dessus du zéro absolu. L'observation du ciel "Planck" s'est poursuivie jusqu'à l'épuisement en janvier 2012 de l'hélium liquide, refroidissant les récepteurs.
Télescope "Planck" au point de Lagrange L2 du système Soleil - Terre
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Il a dû réfuter les résultats obtenus par WMAP, ou, au contraire, les confirmer. Et la première analyse des données obtenues, réalisée en 2013, a montré que «l'Axe du Mal» dans l'Univers existe réellement. Mais à cette époque, toutes les données reçues par l'engin spatial n'avaient pas encore été publiées.
Ce n'est que l'année dernière qu'une équipe de chercheurs de l'University College London (UCL) et de l'Imperial College London, sur la base des résultats d'une analyse d'un ensemble complet de données provenant d'un télescope, a établi qu'il n'y avait pas de véritable «axe». Les données obtenues du télescope entre 2009 et 2013 ont été analysées à l'aide d'un supercalculateur. Les résultats de l'analyse ont montré: l'Univers est isotrope. L'étude des astronomes britanniques a été publiée en mai 2016 par Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, chercheuse cosmologiste au département de physique et d'astronomie de l'University College London, qui a participé à l'étude, ne cache pas sa joie: "On peut dire que nous avons sauvé la cosmologie d'une révision complète."
Dans une explication des résultats de l'étude publiée sur le site Web du collège, Daniela explique: «Les résultats de l'étude sont la meilleure preuve que l'univers est le même dans toutes les directions. Notre compréhension actuelle de la structure de l'univers est basée sur l'hypothèse qu'il ne préfère pas une direction à une autre. Mais vous devez comprendre que la théorie de la relativité d'Einstein, en principe, ne nie pas la possibilité de l'existence d'un espace déséquilibré. Des univers qui tournent ou s'étirent peuvent bien exister, il est donc très important que ce ne soit pas le cas dans notre cas. Bien que nous ne puissions pas, bien sûr, exclure complètement cela, mais nos calculs indiquent que la probabilité que cela se produise n'est que d'un sur 121 000 ».
Balayage de la sphère céleste avec le télescope Planck
esa.int
Sergey Sobol
