L’anisotropie designe le fait qu’une propriete physique varie selon la direction dans laquelle on la mesure. Un materiau anisotrope se comporte differemment selon l’axe considere. En cosmologie, ce terme designe en particulier les variations directionnelles du fond diffus cosmologique — de minuscules fluctuations de temperature qui cartographient la structure de l’univers primordial.
Les anisotropies du fond diffus
Le fond diffus cosmologique est presque parfaitement homogene : sa temperature est de 2,725 K dans toutes les directions. Mais des variations infimes — de l’ordre d’un cent-millieme de degre — existent selon la direction d’observation. Ces anisotropies sont les empreintes des fluctuations de densite du plasma primordial, 380 000 ans apres le Big Bang. Elles constituent la carte la plus ancienne de l’univers, et l’une des sources d’information cosmologique les plus riches.
Ce que les anisotropies nous apprennent
L’analyse precise du spectre des anisotropies permet de mesurer de nombreux parametres cosmologiques fondamentaux : la densite totale de l’univers et sa geometrie, les proportions de matiere ordinaire, de matiere noire et d’energie noire, le taux d’expansion de l’univers, et l’echelle de la nucleosynthese primordiale. Les satellites COBE, WMAP et Planck ont cartographie ces anisotropies avec une precision croissante.
Anisotropie et structures cosmiques
Les regions legerement plus denses du plasma primordial, visibles comme des taches chaudes dans la carte des anisotropies, ont attire plus de matiere sous l’effet de la gravite. Elles sont devenues les germes des futures galaxies et amas de galaxies. Les regions moins denses ont donne naissance aux vides cosmiques. En ce sens, la carte des anisotropies du fond diffus est litteralement la carte de l’origine de toutes les structures de l’univers actuel.
Le saviez-vous ?
La decouverte des anisotropies du fond diffus par le satellite COBE en 1992 a ete saluee comme la decouverte du siecle. George Smoot et John Mather, les physiciens responsables de cette mission, ont recu le prix Nobel de physique en 2006.
Questions frequentes
Quelle est la difference entre anisotropie et heterogeneite ?
L’heterogeneite designe des variations de proprietes d’un point a un autre (variations spatiales). L’anisotropie designe des variations selon la direction de mesure depuis un meme point. Un milieu peut etre homogene mais anisotrope, ou heterogene mais isotrope selon les directions.
Les anisotropies du fond diffus sont-elles tres grandes ?
Non, elles sont infimes — de l’ordre de 10 puissance -5 en temperature relative, soit environ 30 millionnes de degres de variation sur une temperature moyenne de 2,725 K. Leur detection a necessite des instruments d’une sensibilite extraordinaire.
Peut-on voir les anisotropies du fond diffus ?
Pas a l’oeil nu — le fond diffus est dans les micro-ondes, invisibles a l’oeil humain. Les cartes colorees des anisotropies que l’on voit dans les publications scientifiques sont des representations en fausses couleurs des variations de temperature mesurees par les satellites.