Avons-nous repéré un signe des premières étoiles de l’univers ? C’est compliqué

Une nouvelle étude jette une brume sur un soupçon des premières lueurs de la lumière des étoiles de l’univers.

En 2018, des chercheurs ont affirmé qu’une signature subtile dans les ondes radio du début de l’histoire de l’univers avait révélé l’époque où les premières étoiles se sont allumées, connue sous le nom d’aube cosmique. Mais la première expérience pour tester les conclusions de cette étude n’a trouvé aucun signe de ces premières étoiles, rapportent les scientifiques le 28 février à Astronomie naturelle.

Juste après le Big Bang il y a environ 13,8 milliards d’années, l’univers était un ragoût chaud de matière. Les étoiles n’ont probablement scintillé qu’au moins 100 millions d’années plus tard – une ère mal comprise du cosmos. Trouver des signes des premiers rayons de lumière stellaire étofferait l’histoire de l’origine cosmique. Ainsi, l’affirmation de 2018 de localiser ces premières lueurs, de l’expérience EDGES dans l’arrière-pays australien, causée par un brouhaha astronomique (SN : 28/02/18).

“Cela a définitivement enthousiasmé toute notre communauté avec ce résultat fascinant”, déclare le radioastronome Saurabh Singh de l’Institut de recherche Raman à Bangalore, en Inde.

Les chercheurs ont rapporté avoir détecté une baisse à travers des longueurs d’onde particulières d’ondes radio, un signe de la lumière des premières étoiles interagissant avec l’hydrogène gazeux environnant. Mais le résultat a rapidement soulevé le scepticisme, car le plongeon a été plus profond que prévu. Pour savoir si l’indice de la première lumière stellaire était réel, les scientifiques auraient besoin de faire plus de mesures.

Singh et ses collègues ont fait exactement cela avec la mesure d’antenne en forme du spectre radio de fond 3, ou SARAS 3. Semblable à EDGES, l’expérience utilise une antenne pour capter les ondes radio. Mais SARAS 3 a une conception différente de EDGES, avec une antenne de forme différente. Et SARAS 3 est conçu pour flotter au sommet d’un lac. “Cela nous donne un avantage très distinctif”, déclare Singh.

Sur Terre, les ondes radio proviennent de diverses sources, qui doivent être soigneusement prises en compte pour révéler le signal plus subtil de l’aube cosmique. Une mauvaise compréhension de ces autres sources d’ondes radio pourrait conduire à une erreur expérimentale inexpliquée qui pourrait donner des résultats incorrects.

En particulier, les expériences terrestres doivent faire face aux ondes radio émises par le sol, qui sont difficiles à estimer en raison de la nature complexe et stratifiée du sol. Lorsque l’antenne est au sommet d’un lac, il est plus facile d’estimer quels types d’ondes radio proviennent de l’eau uniforme en dessous. Les données provenant de deux lacs en Inde n’ont révélé aucun signe de baisse.

La nouvelle étude « souligne à quel point cette mesure est difficile », déclare la physicienne H. Cynthia Chiang de l’Université McGill à Montréal. Il est inconfortable que les deux études soient en désaccord, dit-elle, mais note que le désaccord “n’est pas tout à fait suffisant pour tirer des conclusions définitives à ce stade”.

Et certains des mêmes types de problèmes expérimentaux qui peuvent affecter EDGES pourraient également affecter SARAS 3, explique le cosmologiste expérimental Judd Bowman de l’Arizona State University à Tempe, membre de l’équipe EDGES. “Nous avons encore du travail à faire pour atteindre le résultat final.”

Une version améliorée d’EDGES sera déployée plus tard cette année, et l’équipe SARAS 3 a prévu des déploiements supplémentaires. D’autres expériences travaillent également sur des mesures similaires. Ces tests pourraient enfin éclairer la transition de l’univers de l’obscurité à la lumière.

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