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                                   FOND COSMOLOGIQUE

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DROCOURT NATURE vous parle un peu du Ciel,
de la Planète, des Hommes ET DES ANIMAUX

-  05/01/2018  -  Pourquoi représente-t-on l'univers sous forme de carte ovale ? C'est la question de la semaine de Sciences et Avenir, à laquelle nous répondons avec les astrophysiciens Jean-Loup Puget et Eric Hivon.
"Pourquoi l'univers est-il ovale et non rond sur les représentations qui en sont faites ?" C'est la question posée cette semaine par Stunt de la Vega sur la page Facebook de Sciences et Avenir. Une question de cosmologie qui concerne tout particulièrement le rayonnement fossile de l'univers (ou rayonnement cosmologique de fond), immortalisé par la sondes COBE (Cosmic Background Explorer), puis par les satellites WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) et Planck, lancé en 2009. Une carte ovale (voir image ci-dessus) qui représente la toute première lumière de l'univers, émise dans le spectre des micro-ondes seulement 370.000 ans après le Big Bang ! Pourquoi les astrophysiciens ont-ils choisi une telle projection elliptique, dite de Mollweide, afin de représenter la toute première carte de l'univers ?
Nous avons posé la question à Jean-Loup Puget ainsi qu'à Eric Hivon. Le premier est astrophysicien, membre de l'Académie des sciences, et fut l'un des premiers à identifier, avec son équipe,
un fond diffus dans les infrarouges sur les données collectées par la sonde COBE. Il a également travaillé sur l'instrumentation HF du satellites Planck. Eric Hivon, de l'Institut d'astrophysique de Paris (IAP), est ingénieur de recherche, spécialiste de l'analyse des données satellitaires pour l'étude du rayonnement cosmologique de fond. La raison tient à la conservation des surfaces permise par ce type de projection cartographique.
-Le rayonnement cosmologique de fond correspond en fait à la surface projetée à l'intérieur d'une sphère. Cette sphère, c'est l'horizon maximal auquel on peut observer l'univers.
"Regarder loin dans le ciel, c'est regarder dans le passé, rappelle Jean-Loup Puget. Lorsqu'on remonte de plus en plus loin, on observe la densité de galaxies chuter : c'est qu'on est remonté à l'époque de leur formation. Puis l'on rencontre le rayonnement cosmologique de fond, 380.000 ans à peine après le Big Bang. Cette première lumière correspond à la recombinaison de la matière sous forme d'hydrogène, ce qui libère les photons qui étaient jusqu'alors prisonniers d'un brouillard de matière."  Pourra-t-on un jour voir au-delà de cet horizon ? C'est ce qu'espère l'astrophysicien, qui évoque les progrès dans la détection des ondes gravitationnelles. "Lorsque nos détecteurs seront assez sensibles pour détecter les ondes gravitationnelles plus vieilles encore, peut-être pourrons-nous même remonter jusqu'à la période d'inflation, à 10-35s après le Big Bang".
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PLAN. Se pose alors la question de la projection de cette surface sphérique... sur un plan. "C'est un problème général de cartographie, il n'existe pas de projection idéale", détaille Eric Hivon. "Le choix d'une projection plutôt qu'une autre va dépendre de l'utilisation qui en est faite. Parfois, il est essentiel de conserver les distances, parfois on privilégiera les surfaces, voire les angles ou les formes." D'où le recours à la projection dite de Mollweide, qui permet de dérouler une sphère sur un plan, avec plusieurs contraintes : le périmètre équatorial est représenté comme mesurant le double de la distance entre les 2 pôles, et l'équateur et ses parallèles restent des droites parallèles. De sorte que la projection sur le plan est une ellipse où le grand axe est deux fois plus grand que le petit axe ! 
-Autre intérêt, de taille pour la cosmologie : la conservation des surfaces entre la sphère et le plan.
"C'est important en cosmologie, afin de pouvoir comparer en un coup d'oeil les zones chaudes et les zones froides du ciel", poursuit Eric Hivon. "Le plan équatorial utilisé n'est alors pas celui de l'équateur terrestre, mais celui de la Voie Lactée", indique aussi Jean-Loup Puget. "Si l'on veut, c'est une convention utilisée entre astrophysiciens pour communiquer sur leurs résultats, en préservant les surfaces", précise l'astrophysicien. 
REPRÉSENTATION. Toutefois, aucun intérêt pour les calculs, avertit Eric Hivon : il s'agit avant tout d'un outil de communication visuelle. "Pour l'analyse statistique des fluctuations thermiques du rayonnement fossile, les calculs informatiques sont réalisés directement en considérant un objet numérisé sur la sphère, afin de ne pas souffrir des inconvénients d'une projection sur le plan. Cela permet aussi de tirer parti de certaines propriétés de symétrie de cette pixellisation pour accélérer le calcul." Cela n'a pas toujours été le cas : "À l'époque de COBE, on avait tenté de travailler sur des représentations cubiques, mais les calculs étaient moins optimisés. Cela convenait car la résolution des images était modeste. À partir de WMAP, le nombre de pixels était trop grand pour continuer à utiliser cette méthode", se souvient l'ingénieur de recherche.
Représenter la Terre ou l'espace : des problématiques étonnamment similaires. En conclusion, la carte elliptique du rayonnement cosmologique de fond n'est qu'une représentation parmi d'autres, qui est utilisée par les astrophysiciens car elle est couramment utilisée et facilement lisible pour évaluer les surface. Toutefois, "lorsqu'on souhaite agrandir une zone donnée, on peut choisir d'autres projections plus adaptées", détaille Eric Hivon. La question de la projection cartographique est aussi essentielle sur Terre que dans l'Espace ! "On utilise encore couramment en géographie la projection dite de Mercator. Celle-ci à l'avantage de conserver les angles, ce qui est utile pour les marins naviguant au sextant et à la boussole, mais contrairement à la projection de Mollweide, les surfaces sont inexactes, d'autant plus qu'on s'approche des pôles : le Groenland est par exemple beaucoup trop grand". Parfois, géographes et cosmologistes se posent ainsi les mêmes questions...
UNIVERS. Mais "cette représentation n'a rien à voir avec ce qu'est l'univers", insiste Jean-Loup Puget. Car il s'agit bien d'une photographie d'un univers très concentré à un instant donné. "Ce n'est pas une représentation globale de l'univers, où, à la 3D, s'ajouterait de surcroît la dimension temporelle... sans parler des questions posées par la courbure locale de l'espace-temps. Le fait est qu'aujourd'hui, on ne sait pas représenter l'univers dans son intégralité." 

17/02/09  La neige visible sur l’écran du téléviseur, (hors connexion à des chaînes), est un signe du Fond cosmologique, une partie du rayonnement parti du BB ! L’antenne capte les signaux venant de radios terrestres ET pour 1% environ du CMB.

Le même phénomène est vrai pour des radios de FM - quand la radio est accordée à une fréquence qui est entre les stations, une partie du sifflement , appelée « le bruit blanc », est  le surplus de rayonnement du BB il y a environ 13.7 milliards d'ans.

Le tube cathodique ou l’écran plasma décode ces signaux analogiques qui sont des ondes radio, des micro-ondes dont font partie les CMB.(la fréquence des photons de CMB peut être inférieure à 100 mégahertz). C’est ce phénomène qui a amené à la découverte des CMB par Arno Penzias et Robert Wilson.

 08/07/10  -  Le satellite Planck de l'Agence spatiale européenne (ESA), conçu pour mieux comprendre les débuts et le destin de l'Univers, vient de délivrer sa première image de l'ensemble du ciel. Visible sur le site de l'ESA, ce semblant de carte intergalactique est un véritable trésor pour les scientifiques en quête de données inédites. Planck enregistre en effet le fond de rayonnement cosmique, vestige de la première lumière échappée dans l'Univers quelque 380 000 ans après le Big Bang, soit 13,7 milliards d'années en arrière. Ce rayonnement "fossile" baigne tout l'espace et constitue, selon les scientifiques, "la trace indélébile que l'Univers a laissée de sa jeunesse".

04/02/2011  -  A la recherche des origines de notre Univers avec Planck

Il s'agit peut-être d'un des événements scientifiques les plus importants de ces dernières années : la NASA a rendue publique une photo d'une netteté étonnante des premiers instants de l'Univers, prise par la sonde WMAP.

L' Univers tel qu'il était 380 000 ans après le Big Bang !

Nouvelle carte :  ==>

17/03/06  Les astrophysiciens ont détecté la signature lumineuse du "big bang",

WMAP continuera à observer le fond cosmologique pendant encore trois ans, et les nouvelles données qu'ilrecueillera à cette occasion ouvriront de nouvelles perspectives sur les théories de l'inflation et la nature réelle de l'énergie sombre. Pour le professeur David N.Spergel de l'Université de Princeton et membre de l'équipe WMAP, "c'est le début d'une nouvelle ère dans l'étude de la jeunesse de l'univers. Nous pouvons utiliser cette image non seulement pour prédire les propriétés de l'Univers proche, mais encore pour comprendre les premiers moments du BB »