Un carte du ciel du fond cosmique micro-onde, tel que détecté par COBE. Les différences de température (indiquées par la couleur) représentent environ une partie sur dix mille de la température moyenne (2,725 Kelvin).
crédit: NASA / COBE

selon la théorie du Big Bang, les températures et les pressions pendant les 300 000 premières années de l’univers étaient telles que les atomes ne pouvaient pas exister., La matière a plutôt été distribuée sous la forme d’un plasma hautement ionisé qui était très efficace pour diffuser le rayonnement. Le résultat a été que les informations (photons) de l’univers primitif étaient effectivement piégées dans un « brouillard » inpénétrable qui, à ce jour, cache ces premiers temps aux astronomes.

cependant, à mesure que l’univers s’étendait, sa température et sa densité chutèrent à un point où les noyaux atomiques et les électrons pouvaient se combiner pour former des atomes., C’est ce qu’on appelle l’époque de la recombinaison, et c’est à cette époque que les photons ont finalement pu s’échapper du brouillard de l’univers primitif et voyager librement. Le  » rayonnement de Fond cosmologique’ (CMB) est l’enregistrement de ces photons au moment de leur échapper.

Les données de COBE match théorique de la courbe de corps noir donc exactement qu’il est impossible de distinguer les données de la courbe.,
crédit: NASA / COBE

détecté pour la première fois par Arno Penzias et Robert Wilson en 1965, le CMB est l’une des preuves les plus concluantes en faveur du Big Bang. En particulier, la théorie du Big Bang prédit certaines caractéristiques du rayonnement restant de la naissance de l’univers, qui sont toutes confirmées par le CMB:

1. la diffusion multiple des photons par un plasma chaud dans l’univers primitif devrait entraîner un spectre de corps noir pour les photons une fois qu’ils se sont échappés à l’époque de la réionisation. C’est exactement ce qui est observé pour le CMB., La figure de droite trace une courbe théorique du corps noir avec les données CMB du satellite COsmic Background Explorer (COBE). L’accord est tellement bon qu’il est impossible de distinguer les données de la courbe théorique.
2. les photons du CMB ont été émis à l’époque de la recombinaison lorsque l’univers avait une température d’environ 3 000 kelvins., Cependant, ils ont été redshiftés cosmologiques à des longueurs d’onde plus longues au cours de leur voyage d’environ 13 milliards d’années à travers l’univers en expansion, et sont maintenant détectés dans la région des micro-ondes du spectre électromagnétique à une température moyenne de 2,725 Kelvin. Cela correspond bien à ce que prédit la théorie du Big Bang.

cependant, la théorie standard du Big Bang ne tient pas compte de toutes les propriétés observées du CMB., En particulier, une fois que nous avons enlevé le dipôle qui se pose en raison de notre mouvement dans l’univers, le CMB est incroyablement uniforme à travers le ciel, ne variant pas de plus d’une partie sur dix mille. Cela suggère que les régions de l’univers qui sont maintenant largement séparées, étaient autrefois assez proches pour « communiquer » les unes avec les autres afin d’égaliser leur température. Cependant, cela n’est pas possible compte tenu de la théorie standard du Big Bang, de l’âge de l’Univers et de la vitesse finie de la lumière.,

Le modèle Big Bang ne peut à elle seule compte pour l’uniforme de la température du CMB. Une période d’inflation est également nécessaire pour que les régions de l’univers primitif soient suffisamment proches pour s’égaliser thermiquement.
crédit: NASA/COBE

la ligne rouge de la figure de gauche montre que selon la théorie du Big Bang, l’univers avait un rayon de plus de 10-10 mètres à 10-45 secondes après le Big Bang., Étant donné que la vitesse de la lumière se déplace à 3×108 m/s, l’information n’aurait pu voyager que d’environ 3×10-37 mètres pendant cette période. La théorie du Big Bang rend donc impossible que l’univers entier ait égalisé sa température à ces premiers temps, car tout L’univers n’était pas en communication. Dans la vie de tous les jours, nous ne pouvons pas recevoir d’informations au-delà de notre horizon, c’est donc ce qu’on appelle le problème de l’horizon.

Pour résoudre le problème de l’horizon, les astronomes ont introduit une période inflationniste dans le modèle du Big Bang (région bleue sur la figure)., Cette augmentation soudaine du taux d’expansion de l’univers peu de temps après le Big Bang, résout non seulement le problème de l’horizon, mais aussi le problème de la planéité. Il a donc été accepté comme faisant partie du modèle de concordance actuel de la cosmologie.

la présence d’un rayonnement de fond qui a une température, un spectre et une uniformité compatibles avec la cosmologie et l’inflation du Big Bang, est extrêmement difficile à produire par tout autre moyen. Par conséquent, les astronomes pensent qu’en étudiant les propriétés du CMB, ils étudient en fait les conditions de l’univers primitif.,