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LA COLLABORATION PLANCK PRIMÉE PAR LA FONDATION GRUBER

La collaboration Planck a reçu le très prestigieux prix de la fondation Gruber, considéré comme le « Nobel de la cosmologie ». Le projet a réuni plus de 500 chercheurs, chercheuses, ingénieurs et ingénieures dans 25 institutions scientifiques en Europe et aux États-Unis. Les résultats ont révolutionné notre compréhension de la cosmologie, et apporté des mesures critiques en physique des particules et sur la Voie Lactée.

Le prix de la fondation Gruber récompense conjointement les responsables de la mission, Reno Mandolesi (Istituto Nazionale di Astrofisica, Bologne, Italie, responsable de l’instrument « Low Frequency Instrument », LFI), Jean-Loup Puget (Institut d’Astrophysique Spatiale, chercheur associé à l’IAP, responsable de l’instrument « High Frequency Instrument » HFI), et l’ensemble des membres de la collaboration Planck. En début d’année, la collaboration avait reçu le « Group Achievement Award » de la Royal Astronomical Society.

Planck est un télescope spatial de l’ESA conçu au début des années 1990, et lancé en 2009. Il a observé jusqu’en 2013 le ciel dans le domaine des micro-ondes dans 9 bandes de fréquences au moyen de deux instruments (LFI et HFI). Ces observations ont permis de reconstruire une carte du rayonnement de fond cosmologique et de sa polarisation, que l’on peut considérer comme des images de l’Univers à ses tout premiers instants (http://public.planck.fr). Les cosmologistes considèrent ces observations comme des « fossiles » du Big Bang (nom donné au phénomène que fut la formation de l’Univers). Ces cartes ont révolutionné notre connaissance de la cosmologie, permettant de poser des contraintes fortes sur les modèles de formation de l’Univers et les processus physiques en jeu. Ainsi, les cosmologistes ont pu valider le modèle désormais « standard » d’un Univers en expansion après une très courte époque « d’inflation » (une phase d’expansion extrême). Et son évolution apparaît aujourd’hui dominée par la matière noire et l’énergie sombre, que de futures missions spatiales s’attacheront à caractériser (Euclid).

Les observations obtenues par Planck, et les mesures qui en sont déduites contribuent également à l’amélioration de nos connaissances en physique des particules, en particulier concernant les propriétés des neutrinos, ainsi que de la matière noire. Les cartes de Planck permettent, en outre, aux chercheurs et chercheuses de déterminer l’époque d’ionisation de l’Univers causée par la formation des premières étoiles (via leurs émissions de rayonnement ultraviolet) ; ainsi que d’affiner les modèles de galaxies lorsqu’elles sont en train de créer de grandes quantités d’étoiles, grâce à l’observation de leurs émissions dans l’infrarouge lointain, également captées par Planck. Ces observations ont enfin permis d’avancer dans la compréhension de notre galaxie, la Voie Lactée : en ce qui concerne la distribution et la nature des poussières qui l’emplissent ; en observant les émissions de monoxyde de carbone provenant des nuages moléculaires galactiques ; en affinant les mesures du champ magnétique galactique.

Les observations obtenues par Planck, et les mesures qui en sont déduites contribuent également à l’amélioration de nos connaissances en physique des particules, en particulier concernant les propriétés des neutrinos, ainsi que de la matière noire. Les cartes de Planck permettent, en outre, aux chercheurs et chercheuses de déterminer l’époque d’ionisation de l’Univers causée par la formation des premières étoiles (via leurs émissions de rayonnement ultraviolet) ; ainsi que d’affiner les modèles de galaxies lorsqu’elles sont en train de créer de grandes quantités d’étoiles, grâce à l’observation de leur émission dans l’infrarouge lointain, également capté par Planck. Ces observations ont enfin permis d’avancer dans la compréhension de notre galaxie, la Voie Lactée : en ce qui concerne la distribution et la nature des poussières qui l’emplissent ; en observant les émissions de monoxyde de carbone provenant des nuages moléculaires galactiques ; en affinant les mesures du champ magnétique galactique.

La collaboration Planck a déjà livré trois jeux de données à la communauté scientifique : en 2011 (livraison anticipée dédiée à l’astrophysique), en 2013 (données de la première année d’observation, première livraison concernant les mesures « cosmologiques ») et en 2015 (données complètes et première livraison des données de polarisation du champ magnétique). Les chercheuses et chercheurs de la collaboration préparent une livraison finale des données, qui sera disponible courant 2018.

À ce jour, la collaboration Planck a produit près de 150 articles, représentant plusieurs milliers de pages de résultats scientifiques. Les données de Planck et les résultats présentés dans ces articles ont donnés lieu à plusieurs milliers d’articles scientifiques produits par la communauté astronomique mondiale (les deux articles les plus cités, qui présentant les résultats « cosmologiques » déduits des livraisons 2013 et 2015, totalisent plus de 10000 citations).

La France tient un rang important au sein de la collaboration internationale de Planck (en Europe et aux États-Unis), avec la responsabilité de la réalisation de l’instrument HFI et du traitement de ses données, et un soutien financier et humain très important de la part du CNES et du CNRS. L'Institut d'astrophysique de Paris (IAP) a joué un rôle clef dans la collaboration Planck : le co-responsable de l’instrument HFI, François Bouchet, est un chercheur du laboratoire, et sous son impulsion, l'IAP a hébergé le centre de traitement des données provenant de HFI, ainsi qu’une équipe qui a contribué de façon majeure à l’exploitation cosmologique des résultats. Et, la plupart des réunions bimestrielles de la collaboration HFI durant les dix dernières années, se sont déroulées dans l’amphithéâtre de l’IAP.

L’IAP abrite la machine de calcul de référence pour la réduction des données de HFI, et la construction des cartes du ciel dans le domaine des micro-ondes. En plus de la coordination globale, l’équipe de l’IAP est impliquée dans de nombreuses étapes de cette réduction de données, participant entre autres à l'amélioration du traitement des cartes de polarisation, ou encore à la préparation des simulations, qui sont indispensables pour tester les algorithmes de traitement des données et caractériser la qualité des résultats. Au cours de l’analyse, les personnels de l'IAP ont occupé et occupent encore des rôles de pilotage concernant certains des résultats clefs de la mission :

Pour leurs travaux au sein de la collaboration, des chercheurs de l’IAP ont déjà reçu de nombreuses reconnaissances individuelles ou collectives. Jean-Loup Puget (Institut d’Astrophysique Spatiale, chercheur associé à l’IAP) a été récompensé par le prix Shaw, considéré comme le prix Nobel de l’Asie. François Bouchet (IAP, CNRS), co-responsable de HFI a reçu le prix de l’académie Louis D en 2014, et le prix de la SFP Émilie du Châtelet en 2016. Jean-François Cardoso (IAP, CNRS) s’est vu décerner le prix de l’académie Paul Doistau-Émile Blutet en 2013, et la médaille d’argent du CNRS en 2014. Karim Benabed (IAP, Sorbonne Université) a piloté l’analyse et la rédaction de l’article récompensé par le prix La Recherche 2014, dans la catégorie Astrophysique.


Figure 1 : Une partie du groupe Planck/HFI de l'IAP en septembre 2013

Crédit : Jean Mouette & François Bouchet

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Rédaction web : Valérie de Lapparent
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Juin 2018

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