La fin du soutien américain au télescope CMB-S4 est dévastatrice

La décision du gouvernement américain de cesser de soutenir un télescope qui nous aurait donné un aperçu sans précédent de l'univers primitif est calamiteuse, dit Chanda Prescod-Weinstein

Le poème de Robert Frost La route non empruntée s'ouvre sur « Deux routes divergentes dans un bois jaune,/ Et désolé je n'ai pas pu parcourir les deux ».

Ces lignes me viennent à l'esprit lorsque je pense à la lettre publique du gouvernement américain du 9 juillet indiquant qu'il ne soutiendrait plus le projet CMB-S4. CMB-S4, abréviation de Cosmic Microwave Background-Stage 4, était censé être un télescope multicontinental de nouvelle génération qui aurait donné à l'ensemble de l'humanité un aperçu sans précédent de la première lumière à avoir jamais volé librement à travers le cosmos.

Au début, l’univers était rempli d’un ragoût dense de particules et de plasma. Le plasma était si dense que les particules de lumière, les photons, ne pouvaient pas aller très loin sans heurter quelque chose. En plus d'être épais, le ragoût était très chaud, ce qui empêchait la formation de phénomènes comme les atomes. Ce n’est qu’après que l’univers eut connu une inflation cosmique, au cours de laquelle l’espace-temps s’étendit rapidement pendant une fraction de seconde presque négligeable, qu’il se refroidit suffisamment pour que les premiers atomes d’hydrogène se forment. Une fois que ce type d’agrégation est devenu possible, les photons ont eu une marge de manœuvre et ont commencé à voler à travers l’espace-temps.

Il y a 61 ans, l’humanité a appris pour la première fois que nous étions inondés de ces photons, connus sous le nom de rayonnement de fond cosmique micro-ondes. Ce qui ressemblait à un bruit de fond dans un signal radio s’est avéré être un messager du cosmos primitif. Depuis des décennies, nous scrutons ces photons : leur longueur d’onde (et la température associée), leur intensité et leur variation dans l’espace.

Le CMB est presque une véritable mine d’or, dans le sens où il fournit de nombreuses informations sur l’origine de tout ce que nous pouvons voir, y compris les étoiles dont les explosions produisent de l’or. Si nous balayons l’ensemble du ciel et regardons la température associée aux photons, nous constatons de petites variations de température. Leurs emplacements sont aléatoires, mais l’ampleur de la variation est la même pour tous.

Notre meilleure théorie cosmologique nous dit que ces fluctuations sont le résultat de petites variations quantiques de la quantité de matière présente à un endroit donné au moment où les photons se sont libérés. Les endroits où il y en avait un peu plus étaient essentiellement le point de départ du gaz qui s'accumulait gravitationnellement en protoétoiles, qui devenaient des étoiles qui se regroupaient pour former ce qui devenait finalement des galaxies. Ainsi, ces petites variations dans le CMB sont notre début.

La mesure la plus importante que nous ayons effectuée sur le CMB est peut-être la caractérisation de la corrélation entre ces variations de température et l’échelle physique. On peut se demander combien de variations sont dues à des effets à des échelles plus grandes ou plus petites, sachant que certains phénomènes physiques se produisent à des distances plus longues et d'autres à des distances plus courtes. En d’autres termes, différents moments de l’histoire cosmologique sont imprimés sur le CMB.

Par exemple, nous pouvons « voir » quand l’univers est devenu transparent à la matière – ce premier moment où l’hydrogène s’est formé, un instant connu sous le nom de recombinaison. Nous pouvons également « voir » la quantité de matière noire et d’énergie noire présentes dans l’univers, même si elles nous sont invisibles. Leur existence est imprimée sur le CMB.

Le CMB-S4 était censé être la prochaine étape pour découvrir toutes les leçons que le CMB a à nous enseigner. L’un des objectifs majeurs était de rechercher des preuves d’ondes gravitationnelles primordiales – des ondulations dans l’espace-temps causées par l’inflation cosmique. « L’inflation » est en réalité une classe de modèles, et nous savons que, d’une manière générale, ils donnent tous la bonne physique pour notre univers. Mais nous ne sommes toujours pas sûrs des détails. Étant donné que l’inflation s’est produite dès les premiers instants de l’univers, les empreintes d’ondes gravitationnelles sur le CMB seront probablement le meilleur moyen de distinguer les modèles inflationnistes.

La fin du soutien gouvernemental au CMB-S4, c'est comme mettre un bâton dans la roue de votre propre vélo : nous volions, étudiant joyeusement le cosmos, et maintenant nous sommes complètement bouleversés. L’impact se fera également sentir à l’échelle mondiale. Historiquement, les États-Unis ont investi davantage dans la science cosmologique que la plupart des pays, ce qui explique en partie pourquoi des étudiants du monde entier viennent étudier aux États-Unis. Les données des expériences financées par les États-Unis sont également souvent devenues une ressource mondiale, de sorte que le retrait de ce projet, qui semblait déjà probable sous la précédente administration présidentielle, fait désormais partie du retrait imprudent des États-Unis de la collaboration mondiale.

Frost termine son poème en parlant de son choix de route : « J'ai pris celle la moins fréquentée,/Et cela a fait toute la différence. » Il est vraiment regrettable qu’en matière de science du CMB, les États-Unis aient décidé de ne pas emprunter la voie la moins fréquentée. Cela fera certainement une différence, mais pas pour le mieux.

La semaine de Chanda

Ce que je lis

J'ai apprécié Niayesh Afshordi et Phil Halper Bataille du Big Bang : Les nouveaux récits de nos origines cosmiques.

Ce que je regarde

J'ai revu les films de DC Universe mettant en vedette Harley Quinn, un favori personnel.

Ce sur quoi je travaille

J'ai essayé de capturer de bonnes images de la galaxie d'Andromède depuis mon jardin.