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la polarisation arrive avec Planck 2015

Une foule de résultats associés à la polarisation

J’ai beaucoup écrit pour Planck ces temps-ci (j’ai eu aussi mon gros rapport “à 10 semestres” pour le CNRS …), donc j’ai un peu délaissé ce blog … Mais ca y est. Un peu de retard sur le calendrier très initial de juin 2014, mais la polarisation est enfin livrée. La « polarisation » signifie les cartes et les articles de la mission complète qui utilisent cette nouvelle observable de l’univers primordial. Tout n’est pas encore là en fait, car quelques articles ont quelques jours ou quelques semaines de retard et, surtout, il n’y a pas encore les données livrées en polarisation des canaux HFI polarisés hormis le canal à 353 GHz.

Mais la polarisation du rayonnement fossile est pour la première fois cartographiée sur tout le ciel :

Carte du rayonnement fossile vu par Planck. Les couleurs tracent la température et les reliefs indiquent la direction de la polarisation. Crédits : ESA - collaboration Planck
Carte du rayonnement fossile vu par Planck. Les couleurs tracent la température et les reliefs indiquent la direction de la polarisation.
Crédits : ESA – collaboration Planck

Que nous apprend la polarisation ?

Si on regarde les résultats, on constate que les paramètres cosmologiques n’ont presque pas bougé. En quoi ce Graal de la cosmologie est donc si précieux ? C’est l’unique information autre que la température du rayonnement fossile de notre univers primordial qui nous soit accessible. On a deux informations indépendantes. C’est donc un outil très puissant pour vérifier, tester, contraindre les hypothèses et la physique du modèle. On dit que la température est reliée à la densité de matière. Mais c’est une interprétation de la mesure. On dit que la polarisation est reliée aux mouvements de cette même matière. C’est toujours une interprétation, dans le même cadre, avec la même physique. Est-ce que ca marche ? Oui, admirablement ! C’est la raison pour laquelle les paramètres cosmologiques sont si stables. Mais notre capacité à contraindre les hypothèses (propriétés des neutrinos ou de la matière noire par exemple) a sensiblement augmenté. L’édifice du “modèle cosmologique standard” est aujourd’hui d’une très grande stabilité. Bien-sûr on peut encore trouver des paramètres pour un 4ième neutrino compatible avec les observations par exemple si on le veut vraiment, il y a de (petites) barres d’erreur. Mais il n’y a aucun signe indiquant la nécessité de faire appel à de la “nouvelle physique”, même pas un petit signe …

La faute à Bicep

Pourquoi tant de retard ? Parce qu’on veut livrer des données fiables, aux erreurs systématiques maitrisées, et ca s’est avéré bien plus difficile que prévu. En tout cas pour les grandes échelles angulaires dès lors que l’on s’intéresse à la polarisation. C’est aussi un peu de la faute de BICEP : leur annonce nous a obligé à améliorer encore les résultats en polarisation sur la Galaxie et notre collaboration avec eux était un travail non prévu dans le planning au départ. Mais il est bien normal de s’adapter au contexte et Planck joue son rôle de “grand justicier”, pas désagréable au fond. Pour une fois que ce sont eux qui ont besoin de nous … Mais ce n’est pas très réjouissant cependant. En effet le signal galactique polarisé est présent partout et bien plus intense que ce qui était prévu. Ça complique sensiblement les plans de toutes les expériences qui cherchent les modes B primordiaux – dont Planck. Ça complique aussi la mesure du signal de la réionisation sur le spectre de puissance en modes E qui a été décalée de quelques mois …

En tout cas une immense qualité de la Galaxie est d’être particulièrement photogénique (grâce au travail acharné de quelques collègues) :

Carte à 353 GHz de 40 par 40 degrés. Les couleurs indiquent la température alors que les reliefs indiquent la direction du champ magnétique galactique d’après la direction de  la polarisation.  Crédits: ESA - Collaboration Planck
Carte à 353 GHz de 40 par 40 degrés. Les couleurs indiquent la température alors que les reliefs indiquent la direction du champ magnétique galactique d’après la direction de la polarisation.
Crédits: ESA – Collaboration Planck

Cette carte est si somptueuse que nous en avons fait une vidéo : une ballade dans tout le ciel.

 

Planck : enfin les résultats de 2014

Je n’ai pas donné de nouvelles depuis un moment, mais j’ai beaucoup écrit pour Planck néanmoins !

Les résultats de la mission complète, y compris en polarisation étaient promis pour 2014. On y est, mais ca a été plus long et difficile que prévu. Et on garde les données de l’instrument haute fréquence en polarisation pour 2015, sauf à 353 GHz où ce n’est pas le rayonnement fossile mais l’émission des poussières froides de notre Galaxie qui domine. Ce n’est pas de l’égoïsme, c’est du « sérieux » : on a besoin d’encore un peu de travail pour être totalement sûr de livrer des données et des résultats fiables. Le niveau d’exigence est tel que c’est pas si facile, en fait … et le résultat mérite a priori ces efforts.

Région de Polaris vue à 353 GHz par Planck-HFI
Région de Polaris vue à 353 GHz par Planck-HFI

Un collègue (Marc-Antoine Miville-Deschenes à l’IAS) produit ces images somptueuses qui ont rencontré un certain succès (ici ou) bien mérité !

Mais il faut chercher dans la précision accrue des mesures du rayonnement fossile les quelques pépites déjà disponibles : les neutrinos fossiles et la matière noire.

On ne s’étend pas aujourd’hui sur l’inflation : les résultats de 2013 sont confortés, et on attend la publication de l’article collaboratif Planck/BICEP2 pour revenir sur le sujet. C’est prévu aussi pour 2014, donc pour bientôt … En tout cas le « draft » est fini.

Ce qui est le plus fascinant, je trouve, ce sont ces 19 pics pour 6 paramètres. Ce n’est pas très idéal médiatiquement peut-être, pas plus que les contraintes sur les neutrinos ou la matière noire d’ailleurs, mais c’est magnifique. Le modèle « simple » de la cosmologie, avec 6 pauvres paramètres, rend parfaitement compte d’une immense quantité d’information : la température et la polarisation scalaire sur tout le ciel sur une gamme d’échelles angulaires couvrant trois ordres de grandeur … On peut tester les hypothèses du modèle précisément et tout colle. Il n’est aucunement besoin de faire appel à un ingrédient non prédit par le modèle standard de la physique des particules ou de la cosmologie (ce dernier incluant constante cosmologique et matière noire stable, qui ne sont pas dans le modèle standard de la physique des particules en revanche). Bien-sur on n’exclut pas totalement la possibilité d’une quatrième famille de neutrinos, on n’exclut pas du tout une matière noire qui s’annihilerait. Le champ des possibles, vu par les théoriciens, est immense et en croissance permanente. Le champ des possibles, vu par les observateurs, se restreint car les mesures sont de plus en plus précises. C’est une combinaison de vraisemblable,  probable,  possible, envisageable, improbable … Mais on progresse inéluctablement. Des réponses solides deviennent les bases de nouvelles questions légitimes. Le pré-Big-Bang par exemple, j’aime bien …

Crédits : ESA-collaboration Planck
Carte en température et spectres en température TT , polarisation scalaire EE, et information croisée température/polarisation TE. Ce sont les mêmes 6 paramètres qui conduisent aux 3 courbes rouges qui ajustent les 19 pics des données expérimentales. Crédits : ESA-collaboration Planck

Il y aura le 22 décembre, a priori, les articles Planck soumis et en ligne, les données correspondantes disponibles, et une belle image du rayonnement fossile polarisé faite par l’ESA et la collaboration Planck. Notre cadeau de Noël (en plus des chocolats).

En attendant, un point complet est disponible ici sur futura-sciences !

Retour sur les résultats de BICEP2

L’intérêt ne faiblit pas, les tensions non plus …

Si vous n’avez pas en tête ce résultat majeur s’il était confirmé, vous pouvez faire un tour ici ou sur ce blog.
En très bref, la collaboration BICEP2 avait annoncé la détection d’ondes gravitationnelles primordiales. La détection semble très sérieuse, l’interprétation plus sujette à discussion: signature de l’inflation primordiale, ou juste émission thermique de la poussière galactique ? Le Nobel en dépend !

Depuis mi-mars, chercheurs, journalistes, grand public se demandent si c’est la découverte du siècle (enfin de la décennie, soyons raisonnable et laissons une place pour la matière noire …) ou une erreur – ou au moins un manque de prudence … Une chose est sûre : c’est une incroyable publicité pour Planck dont les résultats sont attendus comme le messie !

Bataille scientifique

Un journaliste m’a appris qu’une dépêche de l’APF annonçait que l’équipe de Princeton était très critique avec les résultats de l’équipe de Caltech et Harvard. Je n’étais pas au courant j’avoue – et je ne suis pas sûre que la presse soit le lieu idéal pour régler ses comptes entre instituts. Mais après l’annonce initiale en toute confiance, les propos sont à présent plus nuancés : l’article maintenant publié par l’équipe BICEP2 dans une revue scientifique est plus prudent quant à la précision de l’estimation de la part galactique du signal.

Cette évolution a été largement relayée (par exemple dans cet article).

Planck travaille sérieusement

La collaboration Planck est priée de donner le fin mot de l’histoire sur les avant-plans (au moins). Un premier pas a été fait.

Certains semblent estimer que Planck fait de la rétention d’information ou “se fait désirer”. Non, on essaie juste de donner un résultat fiable, tant au niveau du signal que de son erreur.

Si c’était facile, on l’aurait déjà donné en 2013 ! Mais il faut maitriser l’ensemble des effets instrumentaux à un niveau tel que c’était impossible avant. Toute analyse est itérative : on enlève les effets principaux, on comprend les défauts résiduels, on trouve comment les corriger, on ré-analyse avec cette amélioration ... et on recommence. On peut arrêter quand les défauts résiduels sont suffisamment faibles devant le signal attendu - et qu’on estime que l’on est suffisamment sûrs de cette affirmation.  Afin de s’assurer que ce processus s’arrête quand même un jour, les agences spatiales nous imposent des délais maximums. Délais repoussés dans les limites du raisonnable ... et c’est ainsi qu’on arrive à octobre 2014. Toutes nos idées ne sont pas encore dans ces résultats - certaines encore en test, d’autres en cours d’implémentation. Ainsi de nouvelles publications basées sur une analyse encore plus raffinée sont prévues pour 2015.

Le champ magnétique de la Voie Lactée vu par le satellite Planck. Les régions les plus sombres correspondent à une émission polarisée plus forte et les stries indiquent la direction du champ magnétique projeté sur le plan du ciel.

Crédits : ESA – collaboration Planck

Si c’était facile, on l’aurait déjà donné en 2013 ! Mais il faut maitriser l’ensemble des effets instrumentaux à un niveau tel que c’était impossible avant. Toute analyse est itérative : on enlève les effets principaux, on comprend les défauts résiduels, on trouve comment les corriger, on ré-analyse avec cette amélioration … et on recommence. On peut arrêter quand les défauts résiduels sont suffisamment faibles devant le signal attendu – et qu’on estime que l’on est suffisamment sûrs de cette affirmation.

Afin de s’assurer que ce processus s’arrête quand même un jour, les agences spatiales nous imposent des délais maximums. Délais repoussés dans les limites du raisonnable … et c’est ainsi qu’on arrive à octobre 2014. Toutes nos idées ne sont pas encore dans ces résultats – certaines encore en test, d’autres en cours d’implémentation. Ainsi de nouvelles publications basées sur une analyse encore plus raffinée sont prévues pour 2015.

Bref l’histoire est bien loin d’être finie, d’autant que BICEP2 et Planck ne sont pas seuls : au moins une demi-douzaine d’expériences au sol ou en ballon ont des mesures en cours d’analyse.