LE SON COSMIQUE
Illustration audio du traitement de
données CMB de Planck et des cartes WMAP
English Version
Voici deux manières d'illustrer le rayonnement
cosmologique fossile (CMB) avec des sons plutôt que des images.
Tout d'abord on
peut utiliser des sons pour comprendre le traitement de données
de Planck.
Ensuite, on peut "écouter"
la carte de WMAP.
1. Sons
à partir des données temporelles de Planck
Les étapes du traitement des données Planck
peuvent être illustrées de la manière auditive
suivante.
Alors que nous attendons les vraies données du
satellite (lancé en avril 2009), voici une simulation
réaliste par ordinateur.
La sortie numérique du détecteur en fonction du temps
s'appelle une TOI (time-ordered information).
Puisque le satellite Planck tourne autour de lui-même
à raison d'un tour par minute, le faisceau observé balaye
le ciel et lit la position pointée toutes les 5
millisecondes.
Nous pouvons transformer le signal en son. La fondamentale du signal du
ciel est cependant inaudible (un infrason de 17 milliHz). Nous avons
donc décidé ici de changer l'échelle des
fréquences par un facteur multiplicatif donné (20000) et
ainsi nous pouvons clairement entendre maintenant la fondamentale
à 333 Hz. Deux jours de données d'un détecteur se
trouvent comprimés en un son de huit secondes seulement.
Le signal-son que nous obtenons de la télémétrie,
provenant de l'antenne du satellite (distant de 1,5 million de km de la
Terre) semble être incompréhensible.
Le signal brut après application d'une démodulation,
sonne ainsi
: au moins peut-on entendre la fondamentale mais aussi une kyrielle
d'autres choses, un peu comme un vieux microsillon rayé
(pour les jeunes, un disque 33-tours d'avant
les CDs). Dans le centre de réduction de données (DPC),
les données sont traitées de facon à pouvoir
"écouter" la première image émise par l'Univers,
quelques 380 000 ans après le Big Bang. Le son clair doit
ressembler à quelque chose comme ceci.
La réduction inclut la soustraction des pics de bruit (provenant
de l'impact de rayons cosmiques sur le détecteur à
intervalles aléatoires) et du bruit (par moyennage).
Les données sont étalonnées en unités de
température en utilisant le signal en forme de dipole qui est
produit par notre déplacement particulier au travers de
l'Univers (un simple effet Doppler comme le son d'une ambulance qui se
rapproche puis s'éloigne). Cela s'entend comme un son sinusoïdal parfait
(comme le son d'une flûte) à la fréquence
fondamentale.
L'émission de notre galaxie (la Voie Lactée) se voit
comme une bande large rouge dans la figure ci-dessus. Ce son doit
être enlevé d'une certaine facon afin d'écouter le
Big Bang. D'un autre point de vue, il est très utile pour
localiser les régions dans notre galaxie où de nouvelles
étoiles sont juste en train de naître.
2. Ecouter la carte WMAP
La meilleure carte du rayonnement fossile (CMB) a
jusqu'à présent été obtenue grâce
à la mission WMAP.
Cette carte de l'ensemble du ciel (projection de la sphère
céleste) peut se décomposer en modes correspondant
aux différentes échelles angulaires. Le premier
mode est un peu spécial (calibrateur) a été
oté de cette carte.
Le second mode et les autres peuvent être obtenus par une
transformation en harmoniques sphériques. Voici quelques
exemples (l=2,
5, & 10).
Ce film montre les premiers modes de la
carte WMAP (version flash ici)
Maintenant voici le son: faisons osciller chaque mode avec une
fréquence proportionnelle à son multipole (l).
Ici, prenons 1Hz pour l=40.
Les oscillations ressemblent à ceci: ce
film
(ou sa version flash)
Si maintenant nous acroissons la proportionalité à
400 Hz pour l=40,
nous pouvons
Dans ce son, l'endroit d'écoute est changé
toutes les 3 secondes.
NB1: Bien que l'univers a effectivement oscillé pendant
la phase chaude de son début au sens acoustique, les modes
à grande échelle n'ont pas eu le temps de couvrir une
période entière avant que cette "photo" (CMB) ne soit
prise (380.000 ans après le Big Bang). Ainsi les vraies
oscillations n'ont pris place que pour les multipoles supérieurs
au premier pic acoustique
(l=220, ici à 2200 Hz)
avant que l'univers ne devienne transparent.
NB2: Aucun son ne peut se propager dans l'univers transparent. Ici,
nous ne travailllons que par analogie avec un tambour et prêtons
l'oreille à la surface du tambour.
v1.0 October 2008
v1.1 Dec 2008 (French version
added)
v2.0 Feb 2009: now includes the cosmic drum sounds that would reflect
the so-called "acoustic peaks" in a loose sense.
Healpix software and the
Planck-HFI computers are acknowledged.
v2.1 To be done: Improve the films
v3.0 To be done: Show the different sounds produced by Universes with a
different cosmology
Auteur: F.-Xavier Désert, LAOG