Il y a longtemps, des millions d'années avant que la première étoile ne se déclenche, l'univers entier était une mer de ténèbres.
Commençant environ 400 000 ans après le Big Bang et durant des centaines de millions d'années, ce soi-disant âge sombre de l'univers a marqué la dernière fois où l'espace vide était vraiment vide; pas de planètes, pas de soleils, pas de galaxies, pas de vie - juste un brouillard d'atomes d'hydrogène forgé par le Big Bang et laissé filer dans l'obscurité.
Aujourd'hui, les télescopes du monde entier tentent d'avoir un aperçu de cet hydrogène primaire (connu sous le nom d'hydrogène neutre) afin de localiser le moment où les âges sombres ont finalement pris fin et les premières galaxies se sont formées. Bien que ces anciens atomes restent insaisissables, une équipe de chercheurs de l'outback australien est peut-être plus proche que jamais de les trouver.
Selon la nouvelle étude publiée dans la base de données de préimpression arXiv et qui paraîtra bientôt dans le Astrophysical Journal, les astronomes ont utilisé le radiotélescope Murchison Widefield Array (MWA) pour explorer le passé cosmique à la recherche de la longueur d'onde de la signature de l'hydrogène neutre. Ils n'ont pas trouvé ce qu'ils cherchaient - cependant, en utilisant de nouveaux paramètres sur la matrice récemment mise à jour du télescope, l'équipe a déterminé la limite la plus basse jamais atteinte pour la force du signal de l'hydrogène neutre.
"Nous pouvons affirmer avec certitude que si le signal d'hydrogène neutre était plus fort que la limite que nous avons fixée dans le document, alors le télescope l'aurait détecté", a déclaré le co-auteur de l'étude Jonathan Pober, professeur adjoint de physique à l'Université Brown à Rhode Island. Cela signifie que la chasse à ces molécules anciennes est toujours en cours, et maintenant les chercheurs savent que les empreintes d'hydrogène neutre sont encore plus faibles que prévu.
Les premiers atomes
L'énergie parcourant le premier univers était si forte que chaque atome avait ses électrons arrachés, leur donnant une charge positive. Le premier de ces atomes était l'ion hydrogène chargé positivement. Au cours de centaines de milliers d'années, l'univers s'est refroidi et s'est suffisamment étendu pour que ces ions hydrogène reprennent leurs électrons et redeviennent neutres. On pense que ces atomes d'hydrogène neutres sont la caractéristique dominante des âges sombres cosmiques. (Finalement, quand suffisamment d'entre eux se sont regroupés pour former les premières étoiles, les atomes ont été à nouveau ionisés par l'énergie rayonnée par ces étoiles.)
Les scientifiques savent que l'hydrogène neutre émet un rayonnement à une longueur d'onde de 21 centimètres - cependant, comme l'univers s'est étendu au cours des 12 derniers milliards d'années, ces longueurs d'onde se sont également allongées. Les auteurs de la nouvelle étude ont estimé que la longueur d'onde de l'hydrogène neutre s'est étendue à environ 2 mètres - et c'est le signal qu'ils ont recherché dans le ciel pour utiliser le MWA.
Le problème est qu'il existe de nombreuses sources (artificielles et célestes) qui rayonnent à la même longueur d'onde.
"Toutes ces autres sources sont de plusieurs ordres de grandeur plus fortes que le signal que nous essayons de détecter", a déclaré Pober. "Même un signal radio FM réfléchi par un avion qui passe au-dessus du télescope suffit à contaminer les données."
Ainsi, Pober et ses collègues ont écrit une suite d'équations pour identifier et éliminer ces contaminants dans leurs observations. Après avoir pris plus de 1 200 instantanés d'ondes radio du ciel, les chercheurs ont déterminé que chaque trace d'émissions de 2 mètres qu'ils trouvaient provenait d'un autre endroit que l'hydrogène neutre qu'ils recherchaient.
Bien que le précieux signal atomique reste inconnu, la nouvelle recherche réussit à préciser à quoi devraient ressembler les futures recherches d'hydrogène neutre. Selon les chercheurs, ces résultats montrent clairement que les expériences MWA mènent cette chasse sur la bonne voie. Avec de nouvelles recherches, les dernières reliques des âges sombres cosmiques pourraient bientôt être mises au jour.
