Vous avez peut-être déjà vu le big bang sur une vieille télé
Vous avez peut-être déjà vu le big bang sur une vieille télé : une petite partie de la « neige » qui apparaissait sur l’écran d’un téléviseur analogique mal réglé provenait du rayonnement fossile, la plus ancienne lumière de l’Univers. Ce rayonnement, émis peu après le big bang, baigne tout le ciel et peut être capté par une simple antenne.
La neige des téléviseurs
Sur un téléviseur analogique réglé sur un canal sans émetteur, l’écran se couvrait de points blancs et noirs scintillants, accompagnés d’un souffle. Cette « neige » est du bruit : faute d’émission à afficher, l’appareil amplifie tous les signaux faibles qui atteignent l’antenne. L’essentiel vient de l’électronique du récepteur lui-même, de l’agitation thermique et de parasites d’origine terrestre, atmosphérique, solaire ou galactique. Mais une petite fraction, souvent estimée à environ un pour cent, est due au rayonnement fossile. Les téléviseurs numériques actuels n’affichent plus cette neige : ils montrent un écran noir ou un message d’absence de signal.
Qu’est-ce que le rayonnement fossile ?
Le rayonnement fossile, ou fond diffus cosmologique, est la lumière libérée lorsque l’Univers, âgé d’environ 380 000 ans, est devenu assez froid pour que les électrons s’associent aux noyaux et forment des atomes : la lumière a alors pu circuler librement. Avec l’expansion de l’Univers, ses longueurs d’onde se sont étirées. Elle nous parvient aujourd’hui sous forme de micro-ondes, correspondant à une température d’environ 2,7 kelvins, à peine au-dessus du zéro absolu, et elle arrive de toutes les directions du ciel avec une intensité presque identique.
Une découverte accidentelle, et des pigeons
Le rayonnement fossile a été découvert en 1964 par Arno Penzias et Robert Wilson, deux radioastronomes des laboratoires Bell, dans le New Jersey. Avec une grande antenne en forme de cornet, ils captaient un bruit de fond persistant, venu de partout, qu’ils ne parvenaient pas à expliquer. Ils envisagèrent toutes les causes possibles, y compris les fientes d’un couple de pigeons qui nichait dans l’antenne ; ils la nettoyèrent et chassèrent les oiseaux, sans faire disparaître le signal.
Au même moment, des physiciens de l’université de Princeton cherchaient justement ce rayonnement, prédit dès la fin des années 1940 dans le cadre de la théorie du big bang. Ce sont eux qui en donnèrent l’interprétation. Penzias et Wilson reçurent le prix Nobel de physique en 1978.
Une preuve majeure du big bang
Cette découverte a fait pencher le débat en faveur du modèle du big bang face à la théorie concurrente de l’état stationnaire, qui ne prévoyait pas un tel rayonnement. Depuis, des satellites comme COBE, WMAP et Planck en ont cartographié les infimes variations de température : elles portent la trace des germes à partir desquels se sont formées les galaxies. Le souffle d’un vieux téléviseur contenait donc, mêlé à bien d’autres bruits, un écho de la naissance de l’Univers.
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