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# Physique # Cosmologie et astrophysique nongalactique # Astrophysique des galaxies

Signaux inattendus de l'univers primordial

De nouvelles découvertes révèlent des ondes radio surprenantes venant de l'aube cosmique.

Junsong Cang, Andrei Mesinger, Steven G. Murray, Daniela Breitman, Yuxiang Qin, Roberto Trotta

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Table des matières

En 2018, une équipe de scientifiques a fait une grande annonce. Ils ont dit avoir détecté un signal de l’univers primordial appelé le signal cosmique de 21 cm. Ce signal, c'est comme un écho d’un temps où l’univers commençait à former des étoiles et des galaxies. C’est un peu comme trouver un vieux tweet d’une civilisation ancienne ! L’équipe a remarqué un drôle de creux dans le signal, suggérant qu'il se passe peut-être quelque chose d'inattendu, possiblement avec une forme mystérieuse d'Ondes radio.

L'Aube Cosmique

L’"aube cosmique" désigne une période de l’histoire de l’univers où les premières étoiles et galaxies ont commencé à briller. Imagine une pièce sombre soudain remplie par la douce lueur de bougies. Pendant ce temps, l’univers était plein d’hydrogène neutre, qui constitue une grande partie de ce qu’on voit aujourd’hui. Les scientifiques s’intéressent beaucoup à cette période car ça les aide à comprendre comment tout a commencé.

L'Expérience EDGES

L'expérience EDGES avait pour but de mesurer le signal cosmique de 21 cm en scrutant les ondes radio venant du ciel. Ils ont utilisé un instrument spécial pour écouter ces signaux faibles. Les chercheurs ont trouvé ce qu'ils pensaient être un signal fort, suggérant qu'il pourrait y avoir plus d'ondes radio dans l'univers que prévu. Cette découverte était surprenante et a lancé plein de discussions dans la communauté scientifique.

Le Signal Surprenant

Le creux observé par EDGES était environ deux fois plus profond que ce que les modèles standards prévoyaient. C’est comme si tu commandais une pizza et que tu recevais deux pizzas à la place ! Ce signal plus profond suggérait qu'il pourrait y avoir un fond supplémentaire d’ondes radio dans l’univers primitif, laissant les scientifiques perplexes sur ce qui pourrait bien se passer là-bas.

Mécanismes de Rétroaction

Au fur et à mesure que les étoiles se formaient dans les premières galaxies, elles commençaient à impacter leur environnement grâce à ce qu’on appelle la "rétroaction". C’est une façon sophistiquée de dire que les étoiles peuvent influencer la rapidité à laquelle d'autres étoiles se forment. Si trop d'étoiles se forment trop vite, elles peuvent expulser leur matériel et stopper la formation de nouvelles étoiles. C’est comme une fête où tout le monde devient trop bruyant, et l'hôte décide de mettre fin à la soirée !

Nouvelles Idées

Dans leurs recherches, les scientifiques ont commencé à réfléchir à ce qui pourrait causer ce fond inattendu d’ondes radio. Ils ont envisagé que les premières galaxies, surtout celles avec des étoiles de la Population III - les toutes premières étoiles, pourraient être responsables. Ces étoiles se seraient formées dans des conditions différentes de celles des étoiles d’aujourd'hui, entraînant un type d'émission radio différent. C’est comme comparer des pommes et des oranges ; elles peuvent toutes être des fruits, mais ce ne sont pas les mêmes !

Construire un Nouveau Modèle

Les scientifiques ont décidé de construire un modèle pour expliquer ce qui se passait. Au lieu de s'en tenir aux vieilles idées qui ne collaient pas vraiment, ils ont créé une nouvelle perspective basée sur ces premières galaxies. Ils ont réalisé de nombreuses simulations pour voir comment des facteurs différents comme la formation d'étoiles et les ondes radio résultantes pouvaient affecter le signal de 21 cm.

Comparer les Modèles

Dans leur quête pour comprendre l'univers, les scientifiques ont comparé leur nouveau modèle avec les données existantes d’EDGES et d'autres expériences. Ils voulaient voir si leurs idées pouvaient tenir face aux preuves et si elles avaient du sens.

Problèmes avec les Anciennes Méthodes

Un des gros soucis, c’est que beaucoup de méthodes passées ne prenaient pas en compte à quel point l'univers est vraiment complexe. C’est comme essayer de cuisiner un plat fancy juste avec un micro-ondes. Tu pourrais obtenir quelque chose de chaud, mais ce n’est pas la meilleure façon d'obtenir un plat délicieux !

Résultats de la Recherche

Après toutes ces expériences et analyses, les scientifiques ont découvert que leur modèle s’ajustait mieux aux données que les modèles précédents. Ils pouvaient expliquer le bizarre fond d’ondes radio sans contredire d'autres mesures d'expériences différentes. C’était un résultat très encourageant !

Prudence sur les Conclusions

Malgré leurs trouvailles optimistes, les chercheurs ont été prudents pour ne pas tirer de conclusions trop hâtives. Ils ont souligné que juste parce que leur modèle se tenait bien, cela ne veut pas dire que c’est la réponse finale. Ils savent que l'univers est immense et plein d’inconnues, et ils veulent rester prudents pour ne pas exagérer leurs affirmations.

Évaluation par les Pairs et Retour de la Communauté

Une fois la recherche prête, elle a été soumise à une évaluation par les pairs, où d'autres scientifiques allaient évaluer le travail. Ce retour de la communauté est essentiel en science pour s'assurer que les découvertes sont fiables et que les conclusions tirées sont solides.

Impacts sur la Recherche Future

Les découvertes de la mesure EDGES vont probablement impulser la recherche future en astrophysique. D'autres scientifiques vont prendre ces nouveaux modèles et les peaufiner davantage ou les tester contre plus de données. C’est comme construire un set de Lego ; avec chaque nouvelle pièce, tu peux créer quelque chose de plus grand et plus complexe.

Conclusion

En résumé, l’expérience EDGES a donné un aperçu fascinant de l’univers primitif. Le fond radio inattendu suggère qu’il y a encore beaucoup à apprendre sur l’histoire cosmique. Les scientifiques restent prudemment optimistes sur leurs nouveaux modèles, mais ils savent que l’aventure de la découverte continue. Juste quand tu penses comprendre l'univers, il te lance une courbe, nous rappelant à tous de continuer à lever les yeux !

Source originale

Titre: The EDGES measurement disfavors an excess radio background during the cosmic dawn

Résumé: In 2018 the EDGES experiment claimed the first detection of the global cosmic 21cm signal, which featured an absorption trough centered around $z \sim 17$ with a depth of approximately -500mK. This amplitude is deeper than the standard prediction (in which the radio background is determined by the cosmic microwave background) by a factor of two and potentially hints at the existence of a radio background excess. While this result was obtained by fitting the data with a phenomenological flattened-Gaussian shape for the cosmological signal, here we develop a physical model for the inhomogeneous radio background sourced by the first galaxies hosting population III stars. Star formation in these galaxies is quenched at lower redshifts due to various feedback mechanisms, so they serve as a natural candidate for the excess radio background hinted by EDGES, without violating present day measurements by ARCADE2. We forward-model the EDGES sky temperature data, jointly sampling our physical model for the cosmic signal, a foreground model, and residual calibration errors. We compare the Bayesian evidences obtained by varying the complexity and prior ranges for the systematics. We find that the data is best explained by a model with seven log-polynomial foreground terms, and that it requires calibration residuals. Interestingly, the presence of a cosmic 21cm signal with a non-standard depth is decisively disfavored. This is contrary to previous EDGES analysis in the context of extra radio background models, serving as a caution against using a ''pseudo-likelihood'' built on a model (flattened Gaussian) that is different from the one being used for inference. We make our simulation code and associated emulator publicly-available.

Auteurs: Junsong Cang, Andrei Mesinger, Steven G. Murray, Daniela Breitman, Yuxiang Qin, Roberto Trotta

Dernière mise à jour: 2024-11-12 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2411.08134

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.08134

Licence: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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