Cosmic Microwave Background

Le fond diffus cosmologique est le rayonnement thermique résiduel de l'époque de la recombinaison, 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l'univers s'est refroidi en dessous d'environ 3 000 kelvins et que les protons ont capturé des électrons pour former de l'hydrogène neutre pour la première fois. À cet instant, l'univers est devenu transparent et les photons, jusque-là étroitement couplés au plasma baryons-photons, ont pu se propager librement dans l'espace. Aujourd'hui, ces photons nous parviennent de toutes les directions sous la forme d'un spectre de corps noir quasi parfait à 2,725 kelvins, avec des fluctuations de température d'environ 30 microkelvin seulement, soit une partie sur 100 000. Le spectre de puissance de ces fluctuations, représenté par la variance D_l en microkelvin carrés en fonction du moment multipolaire l (où l est approximativement égal à 180 degrés divisé par l'échelle angulaire), présente une série de pics acoustiques causés par des ondes sonores qui s'étaient propagées dans le plasma chaud avant que la recombinaison ne les fige en place.

Les positions et amplitudes des pics acoustiques encodent des paramètres cosmologiques précis. Le premier pic vers l approximativement 220, correspondant à une échelle angulaire d'environ 1 degré, confirme que l'univers possède une géométrie plate : si l'espace était à courbure positive, le pic se déplacerait vers des valeurs de l plus faibles ; s'il était à courbure négative, vers des valeurs plus élevées. Le rapport de l'amplitude du premier pic à celle du deuxième pic contraint la densité baryonique à 4,9 % de la densité critique, car les baryons ajoutent de l'inertie au plasma en supprimant les pics de rang impair par rapport aux pics de rang pair. Le rapport du deuxième au troisième pic fixe la fraction de matière noire à 26,8 %, la matière noire ne participant pas aux oscillations acoustiques mais approfondissant les puits de potentiel qui les alimentent. Au-delà de l approximativement 1000, l'amortissement de Silk (lissage des fluctuations à petite échelle par diffusion des photons) provoque une suppression exponentielle. Ces mesures, publiées par la Collaboration Planck en 2018 (arXiv:1807.06209), contraignent la constante de Hubble à 67,4 km/s/Mpc et l'âge de l'univers à 13,8 milliards d'années.