Une nouvelle carte livrée par la mission Planck

Par Gaëlle Degrez / Publié le 13 mai 2014

Le champ magnétique de notre Voie Lactée vient d’être révélé dans une nouvelle carte livrée par la mission Planck à laquelle l’Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS - UPSud / CNRS) et le Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire (LAL - UPSud / CNRS) sont fortement impliqués.

Lancé en 2009 à la poursuite des origines de l’Univers, le satellite Planck a achevé ses observations le 14 août 2013. Les scientifiques continuent bien sûr d’en analyser la quantité « astronomique » de données, avec déjà une belle moisson de résultats à la clé. Dernier en date, une nouvelle carte révélant le champ magnétique de notre galaxie.

Des « lunettes de soleil » polarisées

Si son objectif principal était de remonter aux premières lueurs de l’Univers émises après le Big Bang, le satellite Planck en a également profité pour s’intéresser à la lumière émise par des sources plus proches de nous. En observant sur l'ensemble du ciel la lumière émise par la poussière interstellaire de la voie lactée, Planck a ainsi pu livrer une carte détaillée du champ magnétique de notre Galaxie. Pour cela, il a fallu exploiter des informations inédites sur cette lumière. En effet, si la lumière est une forme très familière d’énergie, certaines de ses propriétés nous sont moins connues. L’une d’entre elles - la polarisation - contient de l’information sur ce qui s’est passé entre la source de lumière et l’observateur. Dans l’espace, la lumière émise par les étoiles, le gaz ou la poussière peut être polarisée de diverses façons. En mesurant polarisation de la lumière, les astronomes peuvent étudier les processus physiques qui en sont à l’origine. En particulier, la polarisation révèle l’existence et les propriétés des champs magnétiques dans le milieu interstellaire de notre Galaxie.

Les chercheurs du consortium Planck ont pu parvenir à mesurer ce phénomène grâce à la particularité des détecteurs installés à bord du satellite, qui sont un peu une version astronomique des lunettes de soleil polarisées. L’analyse des données obtenues a ainsi permis de livrer une carte où l’on peut découvrir des tourbillons, des boucles et des arches, qui tracent la structure du champ magnétique de notre Galaxie.


Le champ magnétique de la Voie Lactée vu par le satellite Planck. Les régions les plus sombres correspondent à une émission polarisée plus forte et les stries indiquent la direction du champ magnétique projeté sur le plan du ciel. Crédits : ESA - collaboration Planck

Une organisation à grande échelle

L’image de Planck montre une organisation à grande échelle d’une partie du champ magnétique galactique. La bande sombre parcourt le plan galactique : l’émission polarisée y est particulièrement intense. La structure générale révèle un motif régulier à grande échelle car les lignes du champ magnétique sont majoritairement parallèles au plan de la Voie Lactée. Les données révèlent également des variations de la direction de polarisation dans les nuages de matière proches du Soleil vus de part et d’autre de la bande sombre. Là, les observations témoignent de changements dans la direction du champ magnétique, dont les astrophysiciens étudient l’origine. Des analyses de l’émission polarisée dans notre Galaxie d’après les données de Planck sont présentées dans une série de quatre articles qui viennent d’être soumis au journal Astronomy & Astrophysics.

Certaines zones, essentiellement à haute latitude galactique ont été masquées. Le signal y est plus faible et un travail supplémentaire est requis pour mesurer et séparer la polarisation  de l’émission galactique de celle du rayonnement fossile micro-onde. Les résultats seront améliorés avec la livraison de l’ensemble des données de Planck fin 2014.

Au-delà de notre Galaxie

L’étude du champ magnétique galactique n’est pas l’unique motivation des scientifiques de la collaboration Planck. Derrière l’émission d’avant-plan de notre Galaxie se trouve un signal polarisé associé au rayonnement fossile, la plus ancienne lumière de notre univers. L’intensité du rayonnement fossile a déjà été cartographiée avec une précision sans précédent par Planck et à présent les chercheurs scrutent les données pour mesurer la polarisation de ce rayonnement. C’est l’un des objectifs principaux de la mission Planck car cette polarisation pourrait indiquer la présence d’ondes gravitationnelles primordiales générées juste après la naissance de l’Univers. En mars 2014, les scientifiques de la collaboration BICEP2 ont annoncé la première détection d’un tel signal dans les données collectées par un télescope au sol observant une petite fraction du ciel (1%), à une seule fréquence. Leur résultat repose sur l’hypothèse que la polarisation de l’émission d’avant-plan de notre Galaxie est négligeable dans cette région.

D’ici la fin de cette année, la collaboration Planck livrera ses données basées sur les observations de tout le ciel faites par le satellite Planck dans les sept bandes de fréquence où les détecteurs sont sensibles à la polarisation de la lumière. Ces mesures multi-fréquences devraient permettre aux astrophysiciens d’estimer et de séparer le signal polarisé primordial de l’avant-plan de notre Galaxie. Cette étude permettra une investigation bien plus détaillée du début de l’histoire du cosmos, depuis son expansion quand l’univers était âgé d’une toute petite fraction de seconde jusqu’à la naissance des premières étoiles, plusieurs centaines de millions d’années plus tard.

L’Univers en Planck
Lancé en 2009, Planck, le satellite de l’Agence spatiale européenne qui a achevé ses observations le 14 août 2013 a observé l’ensemble de la voûte céleste dans neuf bandes de fréquence dans le domaine submillimétrique, entre l’infrarouge lointain et la radio. A son bord deux instruments, LFI et HFI, qui observaient le ciel dans le domaine radio pour le premier, dans le domaine submillimétrique et infrarouge lointain pour le second. HFI a été réalisé sous la maîtrise d’œuvre de l’IAS, sous la responsabilité de Jean-Louis Puget. Planck a donné ses premiers résultats cosmologiques en avril 2013, avec l’image la plus fine jamais obtenue du rayonnement fossile.



Contacts :
François Boulanger – IAS – francois.boulanger@ias.u-psud.fr
Jean-Loup Puget – IAS-  jean-loup.Puget@ias.u-psud.fr
Olivier Perdereau – LAL –  perderos@lal.in2p3.fr