Le fond diffus cosmologique correspond à la première lumière émise après le Big Bang. Elle remplit encore tout l'Univers et constitue comme une photographie de ses débuts. En l'analysant, les chercheurs peuvent remonter le temps et comprendre comment le cosmos s'est formé.
Cette lumière possède une propriété appelée polarisation, que l'on peut comparer à une orientation. En théorie, cette orientation pourrait légèrement tourner pendant son voyage à travers l'Univers. Ce phénomène porte le nom de biréfringence cosmique.
Schéma illustrant l'ambiguïté des rotations de la polarisation.
Crédit: Naokawa, Namikawa, higgstan.com
Pourquoi cette rotation est-elle importante ? Parce qu'elle pourrait être causée par des particules encore inconnues, liées par exemple à la matière noire. Détecter clairement cette rotation serait donc un indice précieux sur la composition de l'Univers.
Mais mesurer cette rotation est extrêmement délicat. Jusqu'ici, les scientifiques se heurtaient à une ambiguïté. C'est comme regarder une horloge sans savoir combien de tours complets les aiguilles ont déjà effectués. On voit la position finale, mais pas le nombre total de rotations.
Les anciennes mesures suggéraient une petite rotation d'environ 0,3 degré. Cependant, elles ne permettaient pas d'exclure que la lumière ait en réalité tourné plusieurs fois complètement avant d'arriver jusqu'à nous. Cela introduisait une grande incertitude.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont étudié en détail un signal particulier appelé "EB". Ce signal contient des informations fines sur la polarisation de la lumière. En l'analysant plus précisément, ils ont réussi à lever cette ambiguïté. Ils peuvent désormais déterminer non seulement l'angle final de rotation, mais aussi le nombre de rotations complètes effectuées.
Cette amélioration ne concerne pas uniquement la biréfringence. Elle modifie aussi l'interprétation d'autres signaux cosmologiques, comme la corrélation "EE". Celle-ci est liée à des étapes importantes de l'histoire de l'Univers, notamment la période où les premières étoiles ont transformé la matière environnante.
En affinant ces mesures, les scientifiques obtiennent une image plus précise de ces grandes phases de l'évolution cosmique. Cela permet de mieux comprendre comment l'Univers est passé d'un état simple à la structure complexe que nous observons aujourd'hui.
Les futurs instruments, comme le Simons Observatory ou le satellite LiteBIRD, devraient profiter pleinement de cette méthode. Ils pourront mesurer la polarisation avec une précision encore inégalée.
En parallèle, d'autres travaux cherchent à corriger les erreurs liées aux instruments eux-mêmes, en utilisant des objets célestes comme références. Tout ceci pourrait ouvrir une fenêtre sur des aspects encore inconnus de la physique, comme la nature de la matière noire ou de l'énergie sombre.