D5 Nucléosynthèse Primordiale

Topique

L'élément central de ce modèle est l'abondance primordiale du deutérium, de l'hélium (le plus commun, avec quatre nucléons dans son noyau) et du lithium (le plus lourd, avec sept nucléons dans son noyau), telle que prédite par la nucléosynthèse primordiale et mesurée dans des objets présentant la plus faible contamination stellaire possible.

L'instrument clé de cette mesure est un ensemble de spectrographes à très haute résolution, installés sur des télescopes géants de huit à dix mètres d'ouverture. Ces télescopes observent des systèmes absorbants de très faible métallicité dans les spectres de quasars lointains, où la raie du deutérium apparaît séparée de celle de l'hydrogène par un faible décalage de vitesse.

Ce rapport entre le deutérium et l'hydrogène détermine directement la densité baryonique de l'Univers primordial. La caractéristique la plus remarquable de ces spectrographes est qu'ils combinent une résolution spectrale extrêmement élevée, nécessaire pour séparer clairement les deux raies, avec la capacité de collecte de lumière d'un télescope à grande ouverture, indispensable pour recueillir suffisamment de photons provenant de quasars aussi faibles et lointains dans un temps d'exposition raisonnable. Un réseau de diffraction particulier divise la lumière en des dizaines d'ordres de diffraction se chevauchant, capturant ainsi toute l'information spectrale en une seule exposition. Mesurer ce même rapport avec une précision de un pour cent constitue actuellement l'un des tests les plus précis disponibles pour le modèle standard du Big Bang : tout écart persistant dans cette mesure indiquerait une nouvelle physique dans les premières minutes de l'Univers. Ainsi, des abondances primordiales qui ouvrent ce document à ce test très précis du modèle standard qui le conclut, en passant par les spectrographes à très haute résolution et le rapport entre le deutérium et l'hydrogène, la nucléosynthèse primordiale mesurée dans les quasars signifie que quelques raies spectrales, séparées par un décalage infime, permettent de tester la physique des premières minutes de l'Univers tout entier.

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