13 novembre 2001

Numéro 3

Le modèle standard du Big Bang prévoit que le rayonnement a été émis lors du découplage de la matière et du rayonnement, alors que l’univers était âgé de 300000 ans, et que sa température était de 3000°K. L’expansion adiabatique de l’univers a ensuite engendré son refroidissement.

On observe actuellement le FDC à T₀ = 2.726 +- 0.010 °K et sa distribution en longueur d’onde est très précisément celle d’un corps noir à cette température.

La théorie prévoit que la température du FDC a été plus élevée dans le passé et varie linéairement avec le décalage spectral : T_z = T₀(1+z)

Entre le quasar PSK 1232+0815 et nous se situe un (et un seul) nuage de gaz dense contenant de l’hydrogène moléculaire, du carbone et divers autres métaux. C’est une situation très rare.

Le nuage se situe à z = 2.34 (2.33771 pour être plus précis, soit une distance de 12 milliards d’années lumière environ dans le modèle standard)

On mesure alors le spectre de la lumière du quasar et les raies d’absorption créées par le nuage.

Les observations ont été effectuées par le télescope KUYEN du VLT et le spectrographe UVES. La qualité des appareils et une pose de 3 h ont permis l’obtention d’un spectre particulièrement précis.

Les atomes de carbone neutre sont excités par le FDC, mais également par les collisions avec les électrons, les atomes d’hydrogène et par les rayonnements des étoiles proches du nuage.

Les auteurs[5] ont réussi à estimer ces divers facteurs et ont déterminé une valeur de T_2.34.

On a ainsi pu montrer :

• Que sans l’incidence du FDC, on ne peut pas expliquer le niveau d’excitation des atomes de carbone. Ceci prouve l’existence du FDC à z = 2.34.
• Que T_2.34 = 9.5°K ( entre 6 et 14 °K), ce qui est cohérent avec la température théorique de 9.1°K

Ces résultats confirment donc le modèle standard d’une manière indépendante des autres approches.

Ils sont également cohérents avec les mesures précédentes qui n’avaient fourni que des limites supérieures de température (voir figure ci-dessous)

Il s’agit d’une analyse fine des raies du spectre :

• On estime la température du gaz par l’examen des raies d’absorption de H2. On trouve : T = 185 +- 100°K, c’est à dire des conditions semblables à celles mesurées pour les nuages diffus du halo de notre galaxie.
• On estime la densité des électrons par examen des raies du magnésium. Celle-ci reste très faible et l’incidence des chocs électroniques peut être négligée.
• On estime la densité d’hydrogène (entre 20 et 35 particules /cm³)et on détermine ainsi une densité maximum.
• L’incidence des rayonnements des autres étoiles a également été jugée négligeable.
• Connaissant ainsi les caractéristiques physiques du gaz, on calcule les niveaux d’excitation du carbone hors FDC ; il est insuffisant.
• On en déduit une fourchette d’estimation de la température du FDC.

[1] La Recherche Mars 2001

[2] Ciel et Espace Février 2001

[3] IAP www.iap.fr/Actu/

[4] ESO Press Release www.eso.org/outreach/press-rel/pr2000/

[5] R. Srianand P. Petitjean C. Ledoux

The Cosmic Microwave Background Temperature at a Redshift of 2.33771

Préprint Nature arXiv :astro-ph/0012222 11 Décembre 2000