Le point froid géant du CMB continue de défier les astronomes

point froid fond diffus cosmologique (CMB)
Crédits : NASA

L’Univers est rempli de mystères et l’un des plus intrigants se trouve dans le fond diffus cosmologique (CMB), la lumière fossile du Big Bang émise lorsque l’Univers n’avait que 380 000 ans. Bien que cette lumière soit presque uniformément répartie, elle présente de minuscules variations de température qui nous offrent des indices sur l’état primordial de notre cosmos. Parmi ces variations, une anomalie se distingue particulièrement : le point froid. Cette région à la fois plus grande et plus froide que prévu intrigue les astronomes depuis des décennies.

L’origine et les caractéristiques du CMB

Le fond diffus cosmologique (CMB) s’est formé environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l’Univers est passé d’un état de plasma chaud et opaque à un gaz neutre et transparent. À cette époque, il était beaucoup plus petit et plus chaud qu’aujourd’hui, et avait une température d’environ 9 700 degrés Celsius. Ce processus, connu sous le nom de recombinaison, a libéré un flot de photons, la lumière intense du jeune Univers, qui a ensuite voyagé à travers l’espace en se refroidissant progressivement.

Au cours des milliards d’années qui ont suivi, cette lumière primordiale s’est étirée en raison de l’expansion de l’Univers, atteignant aujourd’hui une température de près de -270°C, plaçant ce rayonnement dans la bande des micro-ondes du spectre électromagnétique. Le CMB est ainsi devenu une sorte d’instantané de l’Univers jeune, offrant aux astronomes une fenêtre unique sur les conditions initiales du cosmos.

Les variations de température du CMB, bien que très faibles, sont cruciales pour notre compréhension de la structure et de l’évolution du cosmos. Ces variations, appelées anisotropies, sont généralement de l’ordre de 1 partie par million. Elles résultent des fluctuations quantiques dans l’Univers primitif qui ont ensuite été amplifiées par l’inflation cosmique. Ces anisotropies ont alors semé les graines de la formation de structures ultérieures telles que les galaxies et les amas de galaxies.

point froid fond diffus cosmologique (CMB)
Une carte du ciel montre le fond cosmique micro-ondes (CMB), un vestige de la période du premier Univers où cette matière noire perdue aurait pu exister. Crédits : ESA et Planck Collaboration

Un « point froid » qui interroge

Parmi ces anisotropies, le point froid se distingue de manière frappante. Situé dans la direction de la constellation de l’Eridan, il est à la fois plus grand et plus froid que les autres variations de température observées.

Alors que les variations typiques du CMB montrent des écarts de température de quelques dizaines de microkelvins, le point froid présente une anomalie de température beaucoup plus significative, avec des écarts atteignant environ 70 microkelvins (0.00007 °C) en moyenne et jusqu’à 140 microkelvins (0.00014 °C) dans ses parties les plus profondes.

La taille du point froid est également remarquable. Avec un diamètre d’environ cinq degrés, il est bien plus grand que les taches typiques du CMB qui mesurent généralement moins d’un degré. Cette combinaison d’une taille et d’une température anormales fait du point froid un objet d’étude particulièrement intrigant pour les astronomes, car il pourrait révéler des aspects inconnus de la physique cosmique ou des caractéristiques particulières de l’Univers primitif.

Hypothèses explicatives

Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer cette anomalie. L’une des plus sérieuses est l’existence d’un gigantesque vide cosmique entre nous et le CMB dans cette direction. Les vides cosmiques sont de vastes régions qui contiennent très peu de matière et leur influence sur la lumière CMB peut être significative. Lorsque la lumière du CMB traverse un vide, elle peut perdre de l’énergie à cause de l’effet Sachs-Wolfe intégré, dû à l’évolution dynamique du vide. Un vide de grande taille et de profondeur variable pourrait donc créer une région de moindre température observée comme le point froid.

Cependant, la confirmation de cette hypothèse pose problème. Les études de galaxies dans cette région sont en effet incomplètes et les cartes actuelles ne fournissent pas de preuve définitive de l’existence d’un supervide. Et même s’il en existait un, il n’est pas certain qu’il puisse produire l’effet nécessaire pour expliquer entièrement le point froid.

Face à l’incertitude autour du supervide, des propositions plus exotiques ont été formulées. L’une des idées les plus audacieuses suggère que le point froid pourrait être un point d’intersection entre notre Univers et un univers voisin. Bien que fascinante, cette hypothèse reste spéculative et ne parvient pas à expliquer toutes les propriétés observées du point froid.

En fin de compte, le point froid du CMB continue de défier les astronomes. Bien que nous n’ayons pas encore de réponse définitive sur sa nature, les recherches futures pourraient offrir des éclaircissements. Qu’il s’agisse d’un supervide, d’une interaction avec un univers parallèle ou d’un autre phénomène encore inconnu, le point froid nous rappelle que notre compréhension de l’Univers est toujours en évolution.