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À la recherche de la lueur des toutes premières étoiles de l’Univers

Le radiotélescope Murchison Widefield Array. Crédits : Goldsmith / Collaboration MWA / Université Curtin

Un jour l’Univers est sorti de son âge sombre alors que les premières étoiles s’illuminaient. Des chercheurs seront bientôt en mesure de détecter la signature de ce tournant dans l’histoire cosmique.

Lorsque l’Univers était encore très jeune, tout était sombre. Il faisait en effet tellement chaud que les atomes étaient incapables de se former. Et sans eux, pas d’étoiles. Il a fallu patienter 377 000 ans environ pour que l’Univers, suffisamment développé et refroidi, puisse permettre la formation d’atomes. Ces atomes se sont principalement formés à partir d’hydrogène neutre. Après cela, les premières étoiles ont donc été en mesure de voir le jour.

Débuta alors la grande époque de la réionisation. Au fur et à mesure que les étoiles se formaient, cet hydrogène neutre s’est peu à peu estompé, jusqu’à disparaître. Ce qu’aimeraient les astronomes, c’est retrouver ce tout premier signal, cet instant précis où nous sommes passés des ténèbres à l’époque de réionisation.

Pour trouver ce signal jusqu’à présent insaisissable, les chercheurs s’appuient sur le radiotélescope Murchison Widefield Array. Il s’agit en réalité de plusieurs milliers d’antennes spécialisées dans la capture de très basses fréquences.

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Une portion du radiotélescope Murchison Widefield Array. Crédits : Goldsmith / Collaboration MWA / Université Curtin

Une aiguille dans une botte de foin

Identifier ce signal est en effet très compliqué. Bien que l’hydrogène neutre ait initialement émis son rayonnement à une longueur d’onde de 21 cm, le signal a depuis été étiré en raison de l’expansion de l’Univers. Il fait maintenant environ 2 mètres. Le problème, c’est que ce signal est aujourd’hui mêlé à une foule d’autres signaux similaires. C’est pourquoi ce radiotélescope a été installé dans le désert australien, loin de toute pollution humaine.

« Toutes ces autres sources sont beaucoup plus puissantes que le signal que nous essayons de détecter, explique Jonathan Pober, de l’Université Brown (États-Unis). Même un signal radio FM qui est réfléchi par un avion qui passe au-dessus du télescope suffit à contaminer les données ». Pour éviter cette contamination, un super-ordinateur nommé Correlator a été développé dans le but de faire le tri parmi tous les signaux détectés.

Ces instruments opèrent depuis 2013. Depuis, les chercheurs ont fait des progrès. Il y a quelques années, ils ont fixé une première limite basse pour ce signal. Ils n’ont ensuite rien détecté. Il y a quelques mois, une seconde limite a été fixée, plus précise. Et là encore, aucun résultat. Voyez cela comme des échecs positifs qui nous rapprochent plus que jamais du signal de l’aube cosmique.

« Nous pouvons donc affirmer avec certitude que si le signal d’hydrogène neutre était plus puissant que la limite définie dans le document, le télescope l’aurait détecté », note le chercheur. Les prochaines études viseront à redéfinir d’autres limites encore plus précises, et d’attendre de voir si le radiotélescope est en mesure de capter ce fameux signal.

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