 |
 |
 |
| Back to the Archeops main page | Retour à la page Archeops |
|
|
|
|
 |
|
|
[astro-ph/0210305][astro-ph/0210306]
Alain Benoît presents the first results at the Cospar conference |
 |
[astro-ph/0210305][astro-ph/0210306] Alain Benoît présente les premiers résultats à la conférence Cospar |
 |
PRESS RELEASE : Un esperimento su pallone studia l'Universo primordiale
volando nella notte artica
[versione italiana]
| [version pdf] | Paris, le 9 octobre 2002 |
La mesure du rayonnement fossile est essentielle pour obtenir des informations précises sur l'évolution de l'Univers : densité, taux d'expansion, âge, etc. Elle est réalisée au moyen d'un télescope doté de détecteurs très sensibles permettant des mesures à des températures proches du zéro absolu (0,1 kelvin). Ce télescope est suspendu sous un ballon stratosphérique permettant de s'affranchir en grande partie du rayonnement parasite de l'atmosphère. L'expérience Archeops est conçue comme un prototype de l'instrument à haute fréquence qui sera installé à bord du futur satellite Planck de l'Agence spatiale européenne, dont le lancement est prévu en 2007.
Le rayonnement fossile a été émis environ 300 000 ans après le Big Bang. A cette époque, l'Univers était constitué d'un gaz chaud (environ 3 000 kelvins) et homogène. La lumière émise par ce gaz (à une température proche de celle de la surface du Soleil) était donc une lumière visible avec une longueur d'onde de l'ordre du micron. Par suite de l'expansion de l'Univers, cette lumière a vu sa longueur d'onde augmenter jusqu'à être aujourd'hui proche du millimètre. Le fond du ciel apparaît donc comme le rayonnement d'ondes radio d'un corps noir à une température voisine de 3 kelvins.
Les premières observations de ce rayonnement ont été effectuées par des techniques radio et à une longueur d'onde voisine du centimètre par Penzias et Wilson en 1965, ce qui leur a valu de recevoir le prix Nobel en 1978. Le satellite Cobe (1992) a montré que, si ce rayonnement était très isotrope, il existait des variations relatives d'intensité de quelques millionièmes de l'intensité moyenne sur des échelles de quelques degrés. Depuis, les expériences américano-européennes BOOMERanG (2000) et Maxima (2000) et américaine Dasi (2001) ont confirmé ces mesures sur des échelles angulaires de quelques dizaines de minutes d'arc, ce qui leur a permis d'établir l'un des résultats les plus marquants de la cosmologie du vingtième siècle.
Grâce aux résultats présentés aujourd'hui, Archeops permet, avec une précision inégalée de confirmer que l'Univers est spatialement plat à très grande échelle. Ce résultat implique que la densité de matière-énergie contenue dans l'Univers est extrêmement proche de la valeur critique séparant un univers « ouvert » (spatialement infini) d'un univers « fermé ». Une partie seulement (environ 5 %) de cette densité est due à la matière ordinaire, ou matière baryonique, 25 % étant associé à d'autres formes exotiques de matière dont la nature est encore inconnue ; une des conséquences de ces mesures est de confirmer l'accélération de l'expansion de l'Univers qui avait été mise en évidence par les observations utilisant les supernovae de type I-a comme indicateurs de distance.
Archeops est né des réflexions qui ont eu lieu lors de la définition de l'instrument haute fréquence du satellite Planck de l'Agence spatiale européenne (ESA). Il est conçu pour cartographier une grande portion du ciel, ce qui lui donne une sensibilité sans précédent aux grandes échelles angulaires. Pour cela, le télescope (un miroir de 1,5 m de diamètre) est pointé vers le haut à 49° de la verticale, et l'ensemble, suspendu sous un ballon. Une stratégie de cartographie originale a permis d'observer 30 % de la voûte céleste en seulement 12 h d'observations. L'unique inconvénient de cette technique est la nécessité de voler par une longue nuit sans lune afin d'éviter le rayonnement du Soleil et de la Lune. C'est pourquoi Archeops a volé durant la nuit polaire à Kiruna au nord du cercle arctique. Le vol, d'une durée totale de 19 h, a permis de collecter des mesures pendant 12 h à une altitude de 33 km, correspondant à la couverture de 30 % du ciel. Dans le domaine de longueurs d'onde de 400 microns à 2 mm, les détecteurs les plus sensibles sont les bolomètres : on mesure l'élévation de température d'un cristal refroidi à une température d'un dixième de degré au-dessus du zéro absolu (0,1 kelvin). Un système de refroidissement très sophistiqué a été développé en vue d'applications spatiales au Centre de recherches sur les très basses températures (CRTBT-CNRS), de Grenoble. Ce système, prévu pour le refroidissement des détecteurs du satellite Planck de l'ESA, a été testé pour la première fois et avec succès lors des vols du ballon Archeops.
L'expérience Archeops a permis de tester pour la première fois et avec succès un certain nombre d'éléments à la pointe de la technologie qui seront utilisés sur le satellite Planck. Les résultats d'Archeops ont été obtenus avec deux détecteurs ayant fonctionné pendant 12 h. Par comparaison, Planck prendra des données sur le ciel pendant un an avec 94 détecteurs, ce qui lui permettra d'obtenir une précision plus de 100 fois meilleure que celle d'Archeops.
L'expérience Archeops est en France le fruit de la collaboration de nombreux laboratoires de recherches ; elle a bénéficié du soutien du programme national de cosmologie, du CNES et de la région Rhône-Alpes. Cette collaboration internationale réunit des chercheurs venant de laboratoires français, italiens, britanniques et américains. Le système de refroidissement a été développé au CRTBT de Grenoble ; l'optique froide a été fabriquée à l'université de Cardiff ; le capteur stellaire a été construit à l'université de Rome, La Sapienza ; les bolomètres ont été fournis par le laboratoire NASA/JPL en collaboration avec Caltech ; le télescope a été développé à l'université du Minnesota ; l'intégration et l'étalonnage de l'instrument d'un côté, les campagnes de lancement et l'analyse des données de l'autre, ont été assurés par l'ensemble des laboratoires français provenant des trois communautés : physique du solide, astrophysique et physique des particules.
Contacts chercheurs :
- SPM : Alain Benoît, directeur de recherche au CNRS et coordinateur de l'expérience, Centre de recherche sur les très basses températures (CNRS-Grenoble).
Mél : benoit@grenoble.cnrs.fr- IN2P3 : Yannick Giraud-Héraud, directeur de recherche au CNRS, Laboratoire de physique corpusculaire et cosmologie ( Collège de France, Université Paris7, CNRS Paris)
Mél : giraud-heraud@cdf.in2p3.fr- INSU : François-Xavier Désert, Laboratoire d'astrophysique de l'Observatoire des sciences de l'univers de Grenoble (CNRS, Université Grenoble 1)
Mél : Francois-Xavier.Desert@obs.ujf-grenoble.fr- CEA/Dapnia : Dominique Yvon, ingénieur au CEA, Dapnia/SPP
Mél : yvon@hep.saclay.cea.fr
Contacts presse :
- CNRS : Martine Hasler. Tél : 01 44 96 46 35 Mél : martine.hasler@cnrs-dir.fr
- CNES : Sandra Laly. Tél : 01 44 76 77 32 - 06 08 48 39 31
- CEA : Anne Guichard. Tél : 01 40 56 21 56 Mél : anne.guichard@cea.fr
| [version pdf] | Paris, le october 9th 2002 |
The ARCHEOPS experiment, a sensitive instrument designed to see microwave radiation rather than optical light, was launched from north of the Arctic Circle on a scientific balloon to an altitude of 33 km, high above the Earth's atmosphere. The flight began February 7, 2002 from the balloon launch center in Kiruna, Sweden. It operated for almost a full day, piloted only by the winds, and traveled over Sweden, Finland and Russia, finally landing in Siberia after making the largest map ever that resolves the intricate patterns of structure in the relic radiation left over from the early Universe. The results confirm that the universe is spatially flat. They are also in perfect agreement with the theory of primordial element production, yielding one of the most precise measurements of the normal matter content of our universe ever, and together with other data confirm that we do not yet recognize a large fraction of the mass and energy of the Universe.
The objective of ARCHEOPS is to observe the fossil radiation, known as the cosmic microwave background (CMB), left over from the Big Bang. This study is essential in the hunt for key parameters describing the Universe, such as the matter density (including the elusive dark matter), the Hubble constant (giving the expansion rate of space), and the age of the Universe. The CMB radiation that we observe was emitted when the Universe was only 300,000 years old (today the age is about 10 billion years) and filled with a hot, homogeneous primeval plasma. At a temperature of several thousand degrees (similar to the temperature of the solar surface), this plasma emitted radiation with a wavelength of the order of 1 micron. During the subsequent expansion of space, the emitted radiation cooled until the present where we observe it at millimeter wavelengths. Since the primeval plasma was in thermal equilibrium, we thus observe a characteristic thermal spectrum with a temperature of about 3 Kelvin (3 degrees Celsius above absolute zero).
In 1965, two researchers at Bell Labs, Arno Penzias and Robert Wilson, first discovered the fossil radiation at centimeter wavelengths while searching for what was then an unknown source of radio noise. Their discovery was awarded the Nobel Prize in 1978. The radiation intensity is extremely isotropic on the sky, so much so that it was not until 1992 that the COBE satellite first detected anisotropies of the order of 1 in 10,000 on scales larger than several degrees. Since then, an intense world-wide effort has been underway to measure the anisotropy on smaller scales. In 2000 the European-American BOOMERANG and MAXIMA collaborations and the American DASI collaboration accurately measured the anisotropy on these smaller scales and established several milestones of 20th century cosmology; most notably the fact that the Universe is spatially flat. With its high sensitivity, ARCHEOPS has confirmed these important results with unprecedented precision, as well as providing an important link between these smaller scale experiments and the ground-breaking results of NASA's COBE/DMR experiment. NASA's MAP satellite, launched in 2001, and the European Space Agency's Planck satellite, to be launched in 2007, will improve our understanding even more.
ARCHEOPS is designed to map a large fraction of the sky, which gives it unprecedented sensitivity on large angular scales. To achieve this, the 1.5 meter diameter telescope is suspended from a stratospheric balloon, pointing 45 degrees from vertical, and spun at about 2 revolutions per minute. With this scanning strategy, as much as one-third of the sky can be covered during a 12 hour flight. After a test flight from Sicily to Spain in 1999 (orchestrated by ASI, the Italian national space agency), the instrument was flown 3 times from Kiruna (Sweden) to Russia (orchestrated by the CNES, the French national space agency). Winter night flights from above the Artic Circle are necessary to avoid the combined effects of the Moon and Sun. The February 7, 2002 flight from Kiruna lasted for a total of 19 hours, providing 12 hours of scientific data at an altitude of 33 km. At these wavelengths, from 400 microns to 2 mm, the most sensitive detectors are bolometers, which measure the temperature change of a crystal cooled to just one tenth of a degree above absolute zero (-273.15 C) by a sophisticated cooling system. These detectors are capable of measuring temperature differences on the sky of one part in 100000.
The ARCHEOPS experiment provided a crucial and very successful test of several state-of-the-art technologies that will be used on the ESA Planck mission. Planck, which is scheduled to be launched in 2007, is dedicated to making the definitive map of the faint structures imprinted in the CMB. The ARCHEOPS results released today are based on two detectors which viewed the sky for 12 hours. In contrast Planck, which is scheduled for launch in 2007, will view the sky for over a year with 94 detectors, thus obtaining thousands of times more data than ARCHEOPS.
The ARCHEOPS experiment in France represents a large collaboration involving many national research laboratories. The experimental team is an international collaboration lead by French CNRS (IN2P3 , INSU and SPM departments) and CEA (DAPNIA) laboratories. It has been supported by the Programme National de Cosmology, by the CNES (the French national space agency) and by the Région Rhônes-Alpes. It brings together researchers from French, Italian, UK and US laboratories. The cooling system was developed at the Centre de Recherches Sur les Très Basses Températures (CRTBT/CNRS) in Grenoble. The balloon was launched and operated by the CNES (the French national space agency). The antenna feeds and filter elements were fabricated at Cardiff University in the UK with support from PPARC. The gondola, attitude control and stellar sensor were made at the University of Rome La Sapienza and IROE-CNR Florence, with funding from the Italian Space Agency (ASI). From the US, the ultra-sensitive detectors were developed by NASA/JPL in collaboration with the California Institute of Technology, and the telescope was developed by the University of Minnesota. The French groups led the system integration and calibration, launch campaigns as well as the data analysis. ARCHEOPS was made possible thanks to technology development for the High Frequency Instrument (HFI) onboard the European Space Agency's Planck mission to be launched in 2007.
- CNRS/SPM : Alain Benoît, Principal Investigator of the Experiment, Centre de Recherche sur les Très Basses Températures (CNRS-Grenoble).
E-mail : benoit@grenoble.cnrs.fr- CNRS/IN2P3 : Yannick Giraud-Héraud, Laboratoire de physique corpusculaire et cosmologie ( Collège de France, Université Paris7, CNRS Paris)
E-mail : giraud-heraud@cdf.in2p3.fr- CNRS/INSU : François-Xavier Désert, Laboratoire d'astrophysique de l'Observatoire des sciences de l'univers de Grenoble (CNRS, Université Grenoble 1)
E-mail : Francois-Xavier.Desert@obs.ujf-grenoble.fr- CEA/Dapnia : Dominique Yvon, Dapnia/SPP
E-mail : yvon@hep.saclay.cea.fr- California Institute of Technology : Andrew Lange
E-mail : ael@astro.caltech.edu- University of Minnesota : Shaul Hanany
E-mail : hanany@physics.umn.edu- University of Cardiff : Peter Ade
E-mail : p.a.r.ade@qmw.ac.uk- University of Roma 1, La Sapienza : Paolo De Bernardis
E-mail : debernardis@roma1.infn.it
| Département des Sciences physiques et mathématiques | Institut national des Sciences de l'Univers | Institut national de Physique nucléaire et de Physique des Particules | CEA-DAPNIA |
 |
 |
 |
 |
|
| [authors list][liste des auteurs] |
| Archeops Home Page |
|
Contact : Matthieu
Tristram
Last update : 02/10/2002 |
