Étudier l'univers : La mission PIXIE

Le Primordial Inflation Explorer (PIXIE) est une mission spatiale proposée pour étudier le fond diffus cosmique (CMB), qui est la radiation résiduelle du Big Bang. Cette mission vise à mesurer la distribution d'énergie et la Polarisation du CMB dans tout le ciel. En faisant cela, elle cherche à donner un aperçu des origines et du développement de l'univers.

#Comment fonctionne PIXIE

PIXIE va utiliser un type spécifique de dispositif appelé un spectromètre cryogénique à transformée de Fourier. Cet instrument va comparer les signaux du ciel à une source de calibration connue, ce qui l'aidera à mesurer les niveaux de lumière à différentes fréquences. La mission utilisera un total de 300 canaux de fréquence allant de 28 GHz à 6 THz, lui permettant de capturer un large spectre de données. Ces données seront collectées avec une sensibilité qui est plus de mille fois plus grande que celle des missions précédentes, comme COBE/FIRAS.

#Objectifs scientifiques

Les principaux objectifs scientifiques de PIXIE incluent :

1. Comprendre l'univers ancien : En mesurant les minuscules changements par rapport à un spectre de corps noir parfait dans le CMB, PIXIE peut aider à déterminer des caractéristiques importantes comme la pression et la température moyennes des électrons dans l'univers. C'est vital pour étudier comment l'univers a commencé et comment il a évolué.

2. Étudier la réionisation cosmique : La mission vise à créer des cartes de ciel entier mesurant la polarisation de la lumière. Ces données fourniront des informations sur la réionisation de l'univers, un événement crucial qui a eu lieu il y a des milliards d'années lorsque les premières étoiles se sont formées et ont commencé à illuminer l'univers.

3. Explorer la Matière noire et l'énergie noire : PIXIE va aussi explorer des phénomènes liés à la matière noire et à l'énergie noire, qui restent de grands mystères en physique aujourd'hui. La mission vise à identifier des processus comme la désintégration ou l'interaction des particules de matière noire qui pourraient laisser une empreinte dans le spectre du CMB.

#Le fond diffus cosmique (CMB)

Le CMB est la faible lueur de radiation qui remplit l'univers et porte des informations importantes sur son passé. Il fournit des preuves soutenant la théorie du Big Bang et montre que l'univers était autrefois dans un état chaud et dense. À mesure que l'univers s'est étendu, cette radiation a refroidi et s'est étirée dans l'espace.

Le CMB est presque uniforme, mais de toutes petites variations existent. Ces variations sont encodées avec des informations sur la densité et la température de l'univers primitif. En analysant ces variations, les scientifiques peuvent en apprendre plus sur la formation des galaxies et d'autres structures que nous voyons aujourd'hui.

#Mesurer le CMB avec PIXIE

#Mesure du spectre

PIXIE va se concentrer sur la capture du spectre du CMB, qui est la lumière émise par l'univers à des fréquences spécifiques. La mission va chercher des distorsions très légères par rapport à ce qui est attendu dans un spectre de corps noir parfait. Ces distorsions peuvent révéler des informations importantes sur les événements cosmiques qui se sont produits dans l'univers ancien.

#Anisotropies et polarisation

En plus de mesurer le spectre, PIXIE va aussi étudier les anisotropies dans le CMB. Les anisotropies sont des variations de température et de densité qui indiquent où la matière s'est agglomérée dans l'univers. La mission mesurera aussi la polarisation de la lumière, ce qui peut donner des aperçus sur des phénomènes comme l'inflation-l'expansion rapide de l'espace qui aurait eu lieu juste après le Big Bang.

#L'instrument PIXIE

#Conception

L'instrument PIXIE comprend des coques passivement refroidies en couches qui protègent ses composants sensibles. Le cœur de l'instrument est le spectromètre cryogénique à transformée de Fourier, qui mesure à la fois l'intensité et la polarisation du CMB.

#Fonctionnement

L'instrument fonctionne en utilisant une paire de miroirs et de polariseurs pour capturer la lumière du ciel. Au fur et à mesure que les miroirs se déplacent, ils créent un motif d'interférence qui permet au spectromètre d'analyser la fréquence et la polarisation de la lumière. Ces informations sont ensuite traitées pour produire un spectre que les scientifiques peuvent étudier plus en détail.

#Localisation et stabilité

PIXIE sera positionné au deuxième point de Lagrange Terre-Soleil (L2). Cet emplacement offre un environnement stable pour l'instrument, minimisant les interférences de la Terre et de son atmosphère.

#Résultats attendus

#Nouvelles perspectives sur l'univers

Les mesures de PIXIE devraient donner de nouvelles informations sur plusieurs questions clés en cosmologie. Par exemple, la mission va enquêter sur les processus derrière le Big Bang et la nature de l'énergie noire et de la matière noire, toutes deux connues pour avoir des effets significatifs sur la structure et l'expansion de l'univers.

#Amélioration des modèles existants

En collectant des données de haute qualité, PIXIE va aider à affiner les modèles existants de l'évolution de l'univers. Elle fournira des contraintes sur les théories concernant l'inflation et offrira des indices plus clairs sur la formation de structures à grande échelle.

#Défis à relever

Bien que PIXIE vise à atteindre des objectifs scientifiques significatifs, plusieurs défis restent à surmonter. L'instrument doit filtrer efficacement les émissions de premier plan de notre galaxie et d'autres sources qui pourraient interférer avec ses mesures. Cela nécessite des stratégies soigneusement conçues pour garantir que les données collectées reflètent la vraie nature du CMB.

#Avenir de la recherche cosmologique

Les résultats de PIXIE joueront un rôle crucial pour façonner notre compréhension de l'univers et guider les recherches futures. En fournissant des mesures plus précises du CMB, la mission permettra aux scientifiques de s'attaquer à certaines des questions les plus pressantes sur les origines et le fonctionnement du cosmos.

En attendant le lancement de PIXIE, nous espérons que les connaissances qu'elle apportera approfondiront notre compréhension de l'univers et enrichiront notre quête pour comprendre notre place en son sein.