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    Les premiers signes de l'au-delà  
    Mathieu Grousson - Science & Vie, no. 1134 - 2012-03-01      
    C'est un moment unique dans l'histoire des sciences. Une image du ciel tout à fait exceptionnelle que les physiciens sont en train de décrypter promet de réaliser ce que l'on croyait impossible :
franchir les frontières de notre Univers, tant dans l'espace que dans le temps.
Voici, en avant-première, ce que l'on pourrait y voir.
 
    S'il est une question des plus vertigineuses entre toutes, c'est bien celle-là : qu'y a-t-il en dehors de notre Univers ? Qu'y avait-il avant que naisse le monde dans lequel nous vivons ? Rien ? Une sorte d'état primitif de la matière ? Ou bien un autre univers, sorte de miroir du nôtre ? Et qu'y a-t-il en dehors des frontières spatiales du cosmos ? Le néant ? Ou une myriade d'autres mondes formant un méta-univers dont nous ne serions qu'une petite bulle ?  
    Ces questions, jusqu'à maintenant, ne relevaient pas vraiment de la science, mais plutôt de la métaphysique, ou de la religion. Car enfin ! Toute spéculation sur l'existence d'autres mondes ne se réduit-elle pas à des hypothèses invérifiables ? l'Univers, par définition, est constitué de tout ce qui existe ou a existé dans le temps et dans l'espace. Comment la science pourrait-elle prétendre nous parler d'autre chose ? Comment espérer observer puis décrire ce qui, à proprement parler, se tient au-delà du ciel, en dehors du grand Tout ?  
    Eh bien, aussi étonnant voire absurde que cela paraisse, l'impossible semble sur le point d'être relevé. Car, en ce moment même, une image du ciel tout à fait exceptionnelle est en train d'être décryptée par une armée de physiciens et d'informaticiens. Cette image, collectée pendant deux ans et demi par le télescope spatial Planck, en orbite à 1,5 million de kilomètres de la Terre, dessine la carte détaillée du cosmos dans sa prime jeunesse. Or, si tous les spécialistes sont persuadés qu'elle va apporter des informations cruciales sur l'histoire de notre Univers, certains pensent qu'elle ira même plus loin. Qu'elle va leur permettre, pour la première fois, de sonder ce qu'il y a au-delà des frontières de notre monde et de confronter les visions d'outre-monde issues d'imaginations débridées avec de vraies observations astronomiques. Et le plus étonnant est qu'il y a de bonnes raisons de les prendre au sérieux…  
    En l'état, le seul scénario que peuvent attester les observations est celui du "modèle cosmologique standard" : tout ce que l'on voit là-haut semble provenir d'un événement singulier "le big bang" qui se s'était produit il y a 13,7 milliards d'années. Ce serait l'état originel à partir duquel le cosmos, minuscule, dense et brûlant, n'aurait eu de cesse de s'étendre, se refroidir et se structurer, jusqu'à ce qu'apparaissent étoiles, galaxies, planètes et… nous-mêmes.  
   

Un rayonnement primordial…

 
    Cette vision, fondée sur la théorie de la gravitation d'Einstein, dessine ainsi parfaitement nos frontières spatio-temporelles : notre monde est inscrit dans une sorte de cône dont le big bang serait la pointe.  
   

La théorie du big bang dit tout sur l'Univers, mais rien sur l'au-delà…

 
    Le modèle standard de la cosmologie suppose que notre Univers est né avec un volume nul et une densité infinie à un instant zéro, appelé big bang, puis décrit comment cet univers s'est peu à peu déployé. De la formation des premières particules à celle des premières galaxies, ses équations sont capables d'éclairer les principaux évènements qui se sont déroulés à l'intérieur du cône que dessinent les frontières spatio-temporelles de notre univers. Mais pour le reste, à l'extérieur du cône, c'est le grand noir…  
   
 
   

l'avant big bang reste inaccessible

 
    Pour le modèle standard, la naissance de notre Univers est déjà dans l'au-delà : il ne peut rien dire sur cet événement, ni a fortiori sur ce qui le précède.  
   

Ce qu'il y a en dehors ne peut être décrit

 
    Avec un Univers en extension dans lui-même, il n'y a même pas lieu d'envisager ce qui pourrait se passer à côté.  
   

 

 
    En creux, est donc aussi défini ce qui est au-delà – l'extérieur du cône. Mais de cela, la théorie ne dit rien : rien sur ce qui se passe à côté de notre Uni- vers, ni sur ce qui a présidé à sa naissance, sur ce qui l'a rendue possible ou nécessaire. Le modèle standard évoque seulement un "instant initial" où l'Univers présenterait un volume nul, ainsi qu'une température et une densité infinies. Situation sans doute captivante pour un métaphysicien… mais qui, pour un physicien, indique simplement qu'aux abords de l'origine, la théorie s'effondre. "On peut spéculer à l'infini sur le sens à donner à cette singularité, mais ça n'a plus rien à voir avec de la physique", confirme Pierre Binetruy, au Laboratoire astroparticules et cosmologie, à Paris.  
   

Une question qui relevait il y a encore peu de la métaphysique ou de la religion

 
    La force de ce scénario, établi entre le début des années 1920 et la fin des années 1940, est qu'il a été confirmé par toutes les observations astronomiques. A commencer par celle de l'éloignement progressif des galaxies, lesquelles devaient donc être par le passé, beaucoup plus rapprochées. Mais aussi et surtout, l'observation du rayonnement cosmologique fossile, cette fameuse première lueur que vient d'enregistrer avec une précision inégalée le satellite Planck.  
    Fortuitement repéré dans les années 1960 par les radioastronomes américains Arno Penzias et Robert Wilson, puis observé par les satellites COBE à la fin des années 1980 et WMAP au début des années 2000, ce rayonnement - un fond de micro-ondes d'une intensité à peine perspectible provenant de toutes les directions - est une véritable mine d'or pour les spécialistes de l'étude de l'Univers., Il date d'environ 380'000 ans après le big bang. Avant cette date, aucun grain de lumière, le seul messager auquel les astrophysiciens puissent se fier dans leurs observations, n'a été émis à travers l'espace : les particules et les atomes étaient tellement agités que chaque photon émis était instantanément réabsorbé, rendant l'Univers totalement opaque.  
    Lorsqu'à la faveur du refroidissement accompagnant l'expansion, la lumière a pu s'échapper, le cosmos tout entier a émis son premier "flash", qui baigne encore aujourd'hui tout l'Univers.  
    Or, ce rayonnement présente des fluctuations : la lumière fossile qui tombe des diverses régions de l'espace présente d'infimes variations (en température, en polarisation…) lesquelles résultent de la distribution du contenu de l'Univers 380'000 ans après le big bang. La carte de ces fluctuations forme donc une véritable carte du cosmos primitif. Quoique largement postérieure au big bang, c'est la plus ancienne photographie possible de notre monde.  
    Et cette photographie permet de remonter plus loin dans le temps. Car les détails des infimes variations du rayonnement fossile sont fonction de l'histoire passée. Les cosmologistes l'exploitent donc pour s'approcher encore un peu plus des frontières et comprendre les événements qui ont marqué les premiers instants de notre Univers. Pourquoi alors ne pas aller encore plus loin ?  
   

Cette image de Planck c'est l'univers a son origine, voire au-delà…

 
   
Planck a cartographié le rayonnement cosmologique fossile avec une précision inégalée. Mais l'ombre de la Voie lactée et de ses nuages de gaz (blanc et violet) masque la finesse de ses motifs (à l'arrière-plan, orange et rose), dans lesquels se cachent les signes d'un "au-delà" du cosmos.
 
    De la même façon que des rides à la surface de l'eau portent en elles le récit de l'impact qui les a engendrées, pourquoi ne pas exploiter cette image pour reconstituer l'histoire jusqu'à son origine, voire au-delà ?  
    Le problème, c'est que pour espérer repérer quoi que ce soit d'intelligible sur une carte, il faut déjà avoir une petite idée de ce que l'on cherche. Or, le modèle standard, en l'état, est incapable de le préciser. Les théoriciens ont cependant de l'imagination. Ils savent bien qu'à l'approche de l'origine, l'Univers était si petit qu'il faut repenser la physique qui le gouverne. Il faudrait disposer d'une théorie de la gravitation - la force qui gouverne le cosmos dans son entier - qui incorpore aussi les règles quantiques qui s'appliquent à l'échelle microscopique. Plusieurs candidates crédibles ont été présentées, comme la théorie des cordes, qui unifie tous les phénomènes par des vibrations de minuscules cordelettes, ou la théorie quantique à boucle, qui pixellise l'espace et le temps. Or, chose intéressante : toutes ces théories, appliquées à la cosmologie, conduisent à un contournement du big bang ! Certains modèles laissent entrevoir la possibilité d'un univers dont la naissance lui serait antérieure, avec une "préhistoire", potentiellement aussi riche que l'histoire que nous lui connaissons. D'autres incitent à croire que l'Univers, loin d'être unique, ne serait qu'une goutte d'eau insignifiante dans l'océan d'un méta-univers. Bref, ces théories n'hésitent pas, elles, à traverser les frontières. Mieux : elles suggèrent que le ciel doit receler encore les traces visibles laissées par ces hypothétiques outre-mondes. Où ces traces seraient-elles inscrites ? Dans les fluctuations du rayonnement fossile, bien sûr…  
    De grands cercles qui, tels des ronds dans l'eau marquent la rencontre avec un monde parallèle, des petites taches caractéristiques d'un univers éternel et rebondissant, ou une parfaite uniformité signalant la présence d'un univers beaucoup plus vaste dont nous ne serions qu'une petite excroissance… Les cosmologistes versés dans l'outre-monde ont déjà fait leurs calculs : ils savent les signes qu'ils recherchent. Ils n'attendent plus que les données de Planck.  
   

De 20 à 30 fois plus sensible…

 
    l'héritier des satellites COBE et WMAP, qui a terminé ses observations en janvier dernier, leur promet monts et merveilles : alors que WMAP a fourni des images contenant 6 à 8 millions de pixels, celles de Planck avoisinent les 50 millions ! Sans compter la capacité de ce dernier à détecter de larges gammes de longueur d'onde, sept fois plus étendue que son prédécesseur. Et une sensibilité 20 à 30 fois plus élevée. "WMAP, c'était comme étudier un éléphant en lui tâtonnant une patte, indique François Bouchet, à l'Institut d'astrophysique de Paris, et responsable de l'exploitation scientifique des données de Planck. Alors qu'avec Planck, on voit toute la bête !"  
   

1964 Penzias et Wilson détectent le rayonnement fossile avec une antenne radio, mais ne voient encore qu'un signal uniforme.

 
   

1989 Le satellite COBE révèle pour la première fois ses fluctuations, sous la forme de taches floues.

 
   

2001 WMAP affine cette carte, qui livre de précieuses informations sur l'Univers, comme son âge (13,7 milliards d'années)

 
    Les premières cartes ne seront rendues publiques qu'en janvier prochain. Pour l'heure, les spécialistes en sont encore à expurger les informations recueillies des artefacts dus aux instruments et des signaux provenant de multiples sources astrophysiques autres que le rayonnement fossile. A commencer par la Voie lactée elle-même, qui dessine de belles volutes violacées à l'avant-plan du rayonnement de fond. Mais quelques rares privilégiés ont déjà pu distinguer les motifs qui se trouvent en dessous. "Je peux déjà vous dire que c'est extraordinairement émouvant de contempler l'Univers à ses tout premiers instants", confie Jean-Michel Lamarre" à l'Observatoire de Paris, un des concepteurs de Planck.  
    Il faut donc se préparer à vivre un moment unique dans l'histoire des sciences, à réaliser ce que l'on pensait impossible, à emprunter des voies que l'on croyait impénétrables : dans cette image bientôt révélée se cachent peut-être les premiers paysages d'outre-monde. Les premiers signes de l'au-delà.  
Suite…   Le travail d'analyse a déjà commencé - Une nouvelle science est née : l'exocosmologie  
       
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