Étudier le fond cosmique à 21 cm

L'univers a plein de signaux qu'on peut observer, et un de ces signaux s'appelle le fond cosmique à 21 cm. Ce signal vient du gaz hydrogène dans l'univers primitif. En étudiant ce fond, les scientifiques peuvent en apprendre sur l'histoire et le développement de notre univers.

#C'est quoi le Fond à 21 cm ?

Le signal à 21 cm est un type d'onde radio émis par les atomes d'hydrogène neutres. Quand l'hydrogène absorbe des ondes radio, il change d'état énergétique, et ce changement peut être mesuré. Le signal à 21 cm permet aux astronomes de voir comment le gaz hydrogène était distribué dans l'univers à différentes époques, surtout pendant les périodes où les premières étoiles et galaxies se formaient.

#L'Effet Sachs-Wolfe intégré (ISW)

L'effet Sachs-Wolfe intégré concerne comment la lumière du fond cosmique micro-ondes (CMB), la lumière la plus ancienne de l'univers, interagit avec des zones de potentiel gravitationnel variable. Quand la lumière traverse ces régions, elle peut gagner ou perdre de l'énergie selon les champs gravitationnels qu'elle croise. Ce changement d'énergie peut créer des variations légères de température du CMB, qu'on peut mesurer. Ce concept de changement d'énergie dans la lumière peut aussi s'appliquer au signal à 21 cm.

#Explorer le Fond à 21 cm avec l'ISW

En étudiant l'effet ISW sur le signal à 21 cm, les scientifiques peuvent en apprendre plus sur le développement de l'univers. L'idée, c'est que les changements dans le fond à 21 cm vont refléter ce qu'on voit dans l'effet ISW. Cela veut dire qu'en mesurant soigneusement le signal à 21 cm, on peut obtenir des informations sur l'histoire cosmique et la formation des grandes structures comme les galaxies.

#Le Rôle des Télescopes

Pour faire ces observations, les scientifiques s'appuient sur des télescopes puissants. Le Square Kilometre Array (SKA) est un grand télescope radio qui devrait être construit à deux endroits, en Afrique du Sud et en Australie. Il sera capable d'observer le signal à 21 cm avec une grande précision. Avec environ 10 000 heures d'observation, le SKA pourrait aider à clarifier les différences qu'on voit dans les résultats d'autres projets qui mesurent le signal global à 21 cm.

#Signaux Contradictoires

Il y a eu des résultats contradictoires dans des études précédentes sur le fond à 21 cm. Deux projets majeurs, EDGES et SARAS3, ont rapporté des trouvailles différentes. EDGES a détecté un signal beaucoup plus fort que prévu, alors que SARAS3 n'a trouvé aucun signal significatif. Ça soulève des questions sur quels résultats sont corrects, et il faut plus de mesures pour régler ces incohérences.

#Comprendre l'Anisotropie du CMB

Le CMB n'est pas uniforme ; il y a de petites variations de température connues sous le nom d'anisotropies. Ces variations proviennent de nombreux processus physiques dans l'univers primitif. Quand la lumière du CMB passe à travers des champs gravitationnels, elle subit des décalages à cause de l'effet Sachs-Wolfe intégré. On peut observer cet effet en regardant la relation entre le CMB et les galaxies à des décalages rouges plus faibles.

#Comment la Radiation à 21 cm S'inscrit-elle ?

La radiation à 21 cm vient du gaz hydrogène à haut décalage rouge, qui subit aussi l'effet ISW. Le fond à 21 cm moyen sur le ciel présente des variations basées sur des événements cosmologiques et des influences astrophysiques. Ces influences incluent le chauffage par des rayons X et la lumière émise par les premières galaxies. L'effet ISW fait le lien essentiel entre le signal global à 21 cm et la distribution des galaxies à décalage rouge plus faible.

#La Corrélation Croisée comme Outil

Pour explorer la relation entre le signal à 21 cm et les galaxies à faible décalage rouge, les scientifiques peuvent mesurer la corrélation croisée entre les deux. En observant comment les changements dans la radiation à 21 cm se rapportent à la distribution des galaxies, on peut obtenir des infos sur des événements cosmiques au moment où ces signaux ont été émis.

#Importance des Vérifications de Cohérence

Au fur et à mesure que de nouvelles mesures des télescopes comme le SKA arrivent, elles vont aider à vérifier les résultats passés et à vérifier la cohérence dans les données existantes. En mesurant l'effet ISW dans le contexte du signal à 21 cm, les chercheurs peuvent obtenir des vérifications indépendantes des résultats de différentes études précédentes.

#Le Rôle des Différents Modèles

Différents modèles d'évolution cosmique peuvent donner des attentes variées du signal à 21 cm. Par exemple, trois modèles distincts décrits dans la recherche aident à prédire comment le fond à 21 cm est affecté par des événements cosmiques. En utilisant ces modèles, les scientifiques peuvent affiner leurs observations et leurs attentes pour le signal à 21 cm.

#Défis de l'Observation du Fond à 21 cm

Bien que le SKA soit censé être un outil puissant pour observer le signal à 21 cm, des défis demeurent. Un problème majeur est la présence de signaux de Premier plan provenant de notre galaxie, la Voie lactée, et d'autres sources. Ces signaux de premier plan peuvent interférer avec les observations du fond à 21 cm. Des techniques avancées pour isoler et enlever ces signaux de premier plan sont essentielles pour des mesures précises.

#Perspectives Futures

En regardant vers l'avenir, la capacité de mesurer le fond à 21 cm éclairera des événements clés de l'histoire cosmique, comme l'aube cosmique et l'époque de la réionisation. Au fur et à mesure que la technologie pour des télescopes comme le SKA avance, on aura de meilleures chances d'observer le fond à 21 cm avec une sensibilité accrue.

#Conclusion

L'étude du fond global à 21 cm à travers l'effet ISW représente une frontière passionnante en cosmologie. En utilisant la puissance de télescopes avancés et de nouvelles techniques d'observation, les scientifiques cherchent à percer l'histoire complexe de notre univers et à fournir des réponses plus claires à des questions cosmiques fondamentales. À mesure que les chercheurs continuent d'analyser cet ensemble de données riche, ils vont travailler à réconcilier les signaux contradictoires et à affiner notre compréhension de quand et comment l'univers s'est transformé d'une simple collection de gaz en des structures complexes que l'on voit aujourd'hui.