Affiner données de Planck sur la courbure spatiale de l'Univers

[Bopere]

Bonjour : je vais citer wikipedia même si ça a du être expliqué ici aussi " La courbure spatiale de l'Univers est déterminée en analysant les anisotropies du fond diffus cosmologique. Actuellement, les données les plus précises sont celles qui ont été fournies par le satellite Planck en 2013. D'après ces mesures, il y a 95 % de chances pour que :
-0.0029<1-Ω=Ωκ<+0.0008

On ne sait donc toujours pas si l'Univers a une courbure positive (K = +1, Ωκ < 0, Ω > 1), négative (K = −1, Ωκ > 0, Ω < 1), ou nulle (K = 0, Ωκ = 0, Ω = 1).. Cependant on peut affirmer que le rayon de l'Univers est supérieur à 19 fois le rayon de Hubble si la courbure de l'Univers est positive et supérieur à 33 fois le rayon de Hubble si elle est négative "

Ma question : existe il de réelles chances d'affiner voire de clore le débat de la courbure d'ici la prochaine décennie avec les projets scientifiques en cours de développement (successeur du satellite Planck?) voire les télescopes déjà lancés comme Euclid, ou c'est peu probable ?
Merci.
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[Gilgamesh]

Bonjour : je vais citer wikipedia même si ça a du être expliqué ici aussi " La courbure spatiale de l'Univers est déterminée en analysant les anisotropies du fond diffus cosmologique. Actuellement, les données les plus précises sont celles qui ont été fournies par le satellite Planck en 2013. D'après ces mesures, il y a 95 % de chances pour que :
-0.0029<1-Ω=Ωκ<+0.0008

On ne sait donc toujours pas si l'Univers a une courbure positive (K = +1, Ωκ < 0, Ω > 1), négative (K = −1, Ωκ > 0, Ω < 1), ou nulle (K = 0, Ωκ = 0, Ω = 1).. Cependant on peut affirmer que le rayon de l'Univers est supérieur à 19 fois le rayon de Hubble si la courbure de l'Univers est positive et supérieur à 33 fois le rayon de Hubble si elle est négative "

Ma question : existe il de réelles chances d'affiner voire de clore le débat de la courbure d'ici la prochaine décennie avec les projets scientifiques en cours de développement (successeur du satellite Planck?) voire les télescopes déjà lancés comme Euclid, ou c'est peu probable ?
Merci.

Vu que zéro est une valeur infiniment improbable, tout ce qui serait possible serait de mesurer que zéro est exclu de la mesure à un certain nombre de sigma, et donc que la courbure est strictement positive ou strictement négative. Mais tant que zéro est dedans, les trois options restent possibles.

Le résultat important est que l'univers est très proche de la platitude encore aujourd'hui. C'est ça qu'on appelle le problème de la platitude. Dans la cosmologie standard du Big Bang (sans inflation), Ω_k = 0 ou proche de 0 est une solution instable : il tend rapidement vers +1 ou -1. Par exemple, si Ω_k était de -0,1 à 1 s après le Big Bang (univers de courbure légèrement négative), la mesure actuelle donnerait -1 à 10^-14 près. Inversement, si Ω_k était de +0,1 à t = 1 s (univers de courbure légèrement positive), il se serait réeffondré 45 s plus tard...

Quantitativement, Ω_k ~ 1/(aH)².

Pour applatir l'univers au point que même l'amplification post-Big Bang ne puisse pas produire une courbure mesurable après 14 milliards d'années d'évolution (!), on a besoin d'une période initiale à H très élevé et constant. Dans ce cas, a ~ e^Ht et Ω_k tend exponentiellement rapidement vers zéro. La valeur de Ht requise à l'exposant (le e-folding) est au minimum de 60. C'est ça qu'on appelle l'inflation et si ce scénario est correct la courbure doit être vraiment très faible. Mais peut être quand même mesurable. Dans ce scénario, les fluctuations quantiques sont étirée à travers le cosmos durant l'inflation et pourrait engendrer un écart à la planéité de l'ordre de 10^-4 à 10^-6.

Aujourd'hui on est à de 10^-2 en précision, donc y'a un réel enjeu à continuer de gagner en précision. Les meilleures estimations de Ω_k combinent la mesure de Planck (taille angulaire des anisotropies) avec d'autres sondes, comme les oscillations acoustiques des baryon (BAO) ou les supernovae de type Ia.

La mesure des BAO nécessite beaucoup de statistique et elle est la cible de plusieurs missions qui vont bientôt produire de la science : la mission EUCLID en cours de commissionnement, l'observatoire Vera Rubin (ex-LSST) qui devrait produire sa première lumière à la fin de l'année et le Nancy Grace Roman Space Telescope (ex-WFIRST) qui devrait être lancé en 2027.

[Lansberg]

Bonjour,

Ma question : existe il de réelles chances d'affiner voire de clore le débat de la courbure d'ici la prochaine décennie avec les projets scientifiques en cours de développement (successeur du satellite Planck?) voire les télescopes déjà lancés comme Euclid, ou c'est peu probable ?
Merci.

Il n'y aura pas de successeur au satellite Planck sachant que la précision des mesures des fluctuations du CMB avait atteint une limite physique indépassable.

Une explication sur Futura en 2011 : "Cette limite est celle du bruit quantique des photons. En effet, Planck est équipé d’un réfrigérateur à dilution où un mélange d’hélium 3 et d’hélium 4, effectué une fois le satellite dans l’espace, refroidit l’instrument à un dixième de kelvin seulement. Le bruit thermique est donc réduit au minimum et il ne reste plus que les fluctuations quantiques inhérentes à la lumière du CMB elle-même pour limiter la précision des mesures des fluctuations de température."

Donc pour affiner la mesure de la courbure il faudra trouver un autre moyen. Ceci dit aucune mesure ne peut prouver que la courbure est nulle. Comme le dit Gilgamesh il faudrait prouver que 0 est exclu avec un nombre de sigma suffisant.

[Bopere]

J'ai cherché et ce qui ressemble le plus à un successeur de Planck c'est le projet en cours japonais LiteBIRD, ils en ont pas parlé encore sur Futura il me semble. https://fr.m.wikipedia.org/wiki/LiteBIRD

[A voir en vidéo sur Futura]

[Lansberg]

Oui, la détection des modes B de la polarisation du CMB a été recherchée dans les données de Planck mais comme cette possibilité de détection a été ajoutée au programme de la mission bien après la conception du projet, au milieu des années 1990, l'équipe Planck savait qu'il serait difficile d'obtenir un résultat. Cependant en 2018 il y a eu une annonce de découverte mais le signal venait d'un bruit de fond lié à des poussières galactiques. Toujours est-il que les données de Planck permettent de fixer les contraintes de détection des missions à venir dont LiteBird.