Des avancées récentes en astronomie radio pourraient bientôt éclairer les âges sombres de l'univers, une période avant l'émergence des premières étoiles et galaxies. Les télescopes traditionnels peinent à observer cette époque insaisissable, mais des réseaux de télescopes radio innovants sont prêts à révéler des informations essentielles.
Les scientifiques se sont longtemps appuyés sur la théorie de la relativité générale d'Einstein et la mécanique quantique pour comprendre les phénomènes cosmiques, mais des mystères tels que la matière noire et l'énergie noire restent largement non résolus. Le fond cosmique micro-onde (CMB), l'éclat résiduel du Big Bang, a fourni une base pour comprendre l'évolution de l'univers sur 13,8 milliards d'années.
Les âges sombres cosmiques, qui ont duré environ 380 000 ans après le Big Bang jusqu'à l'émergence des premières étoiles, se caractérisent par un manque de lumière. Les modèles théoriques suggèrent que les premières étoiles se sont formées entre 100 millions et 400 millions d'années après le Big Bang, mettant fin à cette période sombre.
De nouveaux observatoires, y compris le télescope spatial James Webb (JWST), ont commencé à percer ce jeune univers, révélant des galaxies d'une époque où l'univers n'avait que 330 millions d'années. Cependant, le JWST n'a pas encore détecté la lumière des toutes premières étoiles.
Une approche prometteuse consiste à détecter le signal de 21 cm des atomes d'hydrogène, qui peut fournir une carte tridimensionnelle de l'univers ancien. Ce signal provient de la transition de spin des atomes d'hydrogène et est influencé par l'environnement environnant, y compris le rayonnement des premières étoiles et des trous noirs.
Des expériences comme le Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) et le réseau MeerKAT ont réussi à détecter le signal de 21 cm provenant de gaz neutre à proximité. Le signal des premières étoiles est décalé vers le rouge en raison de l'expansion cosmique, ce qui le rend difficile à observer au milieu d'émissions plus fortes provenant d'autres sources.
Les chercheurs utilisent deux méthodes principales pour détecter ce faible signal : des mesures globales à partir d'antennes uniques et des fluctuations spatiales à l'aide de grands réseaux d'interféromètres. Le Square Kilometer Array (SKA), actuellement en construction, vise à fournir une analyse tomographique détaillée de l'hydrogène neutre dans l'univers ancien.
Des propositions futures pour des réseaux radio sur la face cachée de la lune pourraient encore améliorer notre capacité à détecter ce signal, libéré des interférences terrestres. Alors que les scientifiques continuent à affiner leurs techniques, le potentiel de découvrir les origines des premières étoiles et galaxies de l'univers se rapproche.