Un groupe d'astronomes a mis au point une méthode qui leur permettra de "voir" à travers la brume de l'univers primitif et de détecter la lumière des premières étoiles et galaxies.
Sous l'égide de l'Université de Cambridge, des chercheurs ont mis au point une méthodologie qui leur permettra d'observer et d'étudier les premières étoiles à travers les nuages d'hydrogène qui ont rempli l'univers environ 378 XNUMX ans après le Big Bang. Le Square Kilometre Array (SKA) est un télescope de nouvelle génération qui devrait être achevé d'ici la fin de la décennie. Il sera probablement capable d'imager la première lumière dans l'univers. Pour les télescopes modernes, la difficulté réside dans la détection des signaux cosmologiques des étoiles à travers de denses nuages d'hydrogène.
L'utilisation du radiotélescope lui-même crée une distorsion dans le signal, ce qui peut complètement masquer le signal cosmologique souhaité. Dans la cosmologie radio moderne, c'est une tâche extrêmement difficile. Ces distorsions sont considérées comme le principal obstacle à ce type d'observation.
Maintenant, une équipe de scientifiques de Cambridge a développé une méthodologie qui nous permet de voir à travers les nuages primordiaux et autres bruits du ciel tout en évitant les distorsions introduites par un radiotélescope. Leur méthodologie s'inscrit dans le cadre de l'expérience REACH (Radio Experiment for the Analysis of Space Hydrogen). Il permettra aux astronomes d'observer les premières étoiles grâce à leur interaction avec les nuages d'hydrogène. Le processus est similaire à deviner le paysage par des contours dans le brouillard.
Leur méthode permettra d'améliorer la qualité et la fiabilité des observations de ce moment méconnu et clé de l'évolution de l'univers. Les premières observations REACH sont attendues pour la fin de cette année.
En 2018, une autre équipe de recherche (dirigant l'expérience de détection de signature d'époque de réionisation mondiale, ou EDGES) a publié un résultat qui faisait allusion à la détection possible de cette lumière précoce, mais les astronomes n'ont pas été en mesure de reproduire le résultat, et tout le monde a commencé à croire que l'original résultat pourrait avoir été associé à des interférences du télescope.
Pour étudier cette période du développement de l'univers, souvent appelée l'aube cosmique, les astronomes étudient la signature du rayonnement électromagnétique de l'hydrogène dans l'univers primitif. Ils recherchent un signal radio qui montrera le contraste entre le rayonnement de l'hydrogène lui-même et le rayonnement derrière le brouillard d'hydrogène. La méthodologie, développée par Eloy de Lera Acedo, Ph.D., et ses collègues de l'Université de Cambridge, utilise des statistiques bayésiennes pour détecter le signal cosmologique en présence d'interférences du télescope et du bruit général du ciel pour séparer ces signaux. Cela nécessitait les méthodes et les technologies les plus modernes dans divers domaines.
Les chercheurs ont utilisé des simulations pour simuler une observation du monde réel à l'aide de plusieurs antennes, ce qui augmenterait la fiabilité des données - les premières observations reposaient sur une seule antenne. "Notre méthode analyse conjointement les données de plusieurs antennes sur une plage de fréquences plus large que les instruments actuels équivalents. Cette approche nous donnera les informations dont nous avons besoin pour l'analyse bayésienne des données », a déclaré de Lera Acedo.
"Essentiellement, nous avons abandonné les stratégies de conception traditionnelles et nous nous sommes plutôt concentrés sur la conception d'un télescope adapté à notre plan d'analyse de données - une sorte de conception inversée. Cela pourrait nous aider à enquêter sur des choses comme l'Aube cosmique ou l'époque de la réionisation, lorsque l'hydrogène de l'univers s'est réionisé."
La construction du télescope touche maintenant à sa fin dans la réserve radio du Karoo en Afrique du Sud. Le site a été choisi en raison de ses excellentes conditions pour les observations radio du ciel. Il est loin des interférences RF artificielles, telles que les signaux de télévision et de radio FM.
Le professeur de Villiers, l'un des chefs de projet à l'Université de Stellenbosch en Afrique du Sud, a déclaré : "Bien que la technologie d'antenne de cet instrument soit assez simple, les conditions de déploiement difficiles et éloignées, ainsi que les tolérances de fabrication strictes, rendent ce projet difficile. Nous serons ravis de voir à quel point le système fonctionne et sommes pleinement convaincus que nous pouvons rendre cette détection possible."
Le Big Bang et l'univers primitif ont été bien étudiés grâce à des études du rayonnement de fond diffus cosmologique (CMB). L'évolution tardive et à grande échelle des étoiles et autres objets célestes a été encore mieux étudiée. Mais l'époque de la formation de la première lumière dans l'espace est une pièce fondamentale du puzzle de l'histoire de l'univers.
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