Voir la source de Fond diffus cosmologique

=== Polarisation des ondes gravitationnelles et effets gravitationnels ===
{{CitaBloc|Le fond diffus cosmologique est un élément essentiel de la cosmologie théorique et observationnelle, un des fondements des modèles du [[Big Bang|big-bang]] [...] C'est en effet sa découverte [...] qui a entraîné, à la fin des années 1960, une très large adhésion à ces modèles dont l'idée remontait pourtant à [[Georges Lemaître]] en 1931 [...] Comment, par exemple, se sont formées les galaxies et les autres structures cosmiques que nous observons aujourd'hui ? Il s'est avéré que les propriétés du rayonnement diffus cosmologique étaient tout à fait cruciales vis-à-vis de cette question fondamentale<ref name=LG1995_AP>{{harvsp|Lachièze-Rey|Gunzig|1995|loc=''Avant-propos''}}.</ref>.|[[Marc Lachièze-Rey|Lachièze-Rey]] et [[Edgard Gunzig|Gunzig]], 1995}}

[[Image:Gravitational lens-full.jpg|vignette|Cette vue d'artiste montre sommairement la façon dont la lumière de l'Univers jeune est déviée par la [[lentille gravitationnelle]] d'une structure cosmique massive, qui est le siège des modes B.]]

Puisque l'[[Univers primordial]] est opaque jusqu'à la [[recombinaison (cosmologie)|recombinaison]], il est en théorie futile d'y rechercher des informations de nature électromagnétique{{sfn|Luminet|2001|p=353}}{{,}}{{sfn|Séguin|Villeneuve|2002|p=382}}. Néanmoins, des scientifiques ont spéculé sur la possibilité d'une polarisation électromagnétique. Des mesures confirment que dans l'[[infrarouge]], le spectre électromagnétique du CMB ne présente aucune polarisation{{sfn|Lachièze-Rey|Gunzig|1995|p=148}}. Il est toutefois sensible à la gravitation.

La [[relativité générale]] d'[[Albert Einstein]] a recours aux techniques du [[calcul tensoriel]] pour étudier les [[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]] (OG)<ref>Consulter par exemple : {{ouvrage|langue=fr
|auteur1=[[Roger Penrose]]
|traduction=Céline Laroche
|titre=À la découverte des lois de l'Univers |sous-titre=La prodigieuse histoire des mathématiques et de la physique
|lieu=Paris |éditeur=[[Éditions Odile Jacob|O. Jacob]]
|année=2007
|pages totales={{XXII}} + 1061
|isbn=978-2-7381-1840-0
|consulté le=8 janvier 2018
|lire en ligne={{Google Livres|E1k-SRvzrM8C|page=444|surligne=équation%20champ%20Einstein}}
|passage=444
}}.</ref>.
Une [[onde électromagnétique]] (OÉ) est le siège de deux champs : magnétique (représenté par le vecteur <math>\vec{B}</math>) et électrique (représenté par le vecteur <math>\vec{E}</math>){{sfn|Serway|1992|p=295 (figure 8.21)}}.
Puisque les OG, comme les OÉ, sont susceptibles d'être polarisées, des scientifiques ont créé des quantités tensorielles associées aux OG, qu'ils ont nommées « modes B » et « modes E » par analogie<ref name="KamionkowskiKosowsky1997">{{Article |langue=en 
|nom1=Kamionkowski |prénom1=Marc
|nom2=Kosowsky |prénom2=Arthur
|nom3=Stebbins |prénom3=Albert
|titre=Statistics of cosmic microwave background polarization
|périodique=Physical Review D
|volume=55 |numéro=12
|année=1997
|pages=7368–7371
|doi=10.1103/PhysRevD.55.7368 |arxiv=astro-ph/9611125.pdf
|url=//arxiv.org/pdf/astro-ph/9611125.pdf |format électronique=Pdf
}}.</ref>.
Dans les OÉ, les champs magnétique et électrique oscillent selon certains motifs (linéaire, circulaire ou elliptique){{sfn|Serway|1992|p=295-296}} ; dans les OG, ce sont les modes B et E qui oscillent<ref name="KamionkowskiKosowsky1997"/>.

Pour ce qui concerne les effets gravitationnels sur l'observation du CMB électromagnétique, le ''[[Degree Angular Scale Interferometer]]'' (DASI) détecte le premier, en 2002, la polarisation gravitationnelle du CMB<ref name=MPDASI/>{{,}}<ref name=DPCMB>{{article |langue=en
|nom1=Kovac|prénom1=J. M.
|nom2=Leitch|prénom2=E. M.
|nom3=Pryke|prénom3=C.
|nom4=Carlstrom|prénom4=J. E.
|nom5=Halverson|prénom5=N. W.
|nom6=Holzapfel|prénom6=W. L.
|titre=Detection of polarization in the cosmic microwave background using DASI
|journal=[[Nature (revue)|Nature]]
|date=19 décembre 2002
|volume=420|numéro=6917
|pages=772–787
|doi=10.1038/nature01269|pmid=12490941|arxiv = astro-ph/0209478 |bibcode = 2002Natur.420..772K
}}.</ref> {{incise|une conséquence naturelle de la [[diffusion Thomson]] dans un plasma hétérogène|stop}}.
Le ''[[Cosmic Background Imager]]'' (CBI) confirme l'existence des modes E de la polarisation gravitationnelle<ref>{{article |langue=en
|nom1=Readhead|prénom1=A. C. S.
|année=2004
|titre=Polarization Observations with the Cosmic Background Imager
|journal=[[Science (revue)|Science]]
|volume=306|numéro=5697
|pages=836–844
|doi=10.1126/science.1105598|bibcode=2004Sci...306..836R|arxiv = astro-ph/0409569 |pmid=15472038
}}.</ref>.
Ces mesures démontrent que la [[Forme de l'Univers|géométrie de l'Univers]] est presque plate (c'est-à-dire presque [[géométrie euclidienne|euclidienne]]), plutôt que courbée (qui obéirait donc aux lois de la [[géométrie riemannienne]], par exemple)<ref>{{article |langue=en
|nom=de Bernardis|prénom=P.
|date=2000
|titre=A flat Universe from high-resolution maps of the cosmic microwave background radiation|journal=[[Nature (revue)|Nature]]
|volume=404
|pmid=10801117|numéro=6781
|pages=955–959
|bibcode=2000Natur.404..955D|doi=10.1038/35010035|arxiv = astro-ph/0004404
}}.</ref>.
Elles permettent de conclure à l'absence de [[corde cosmique|cordes cosmiques]] en tant que composantes majeures de la structure cosmique, et suggèrent que l'[[inflation cosmique]] explique mieux la formation de cette structure<ref>{{article |langue=en
|nom=Pogosian|prénom=L.
|année=2003
|titre=Observational constraints on cosmic string production during brane inflation
|journal=[[Physical Review D]]
|volume=68|numéro=2
|pages=023506
|doi=10.1103/PhysRevD.68.023506|arxiv = hep-th/0304188 |bibcode = 2003PhRvD..68b3506P
}}.</ref>.

Dans le CMB, la détection des modes B est extrêmement difficile, parce que le degré de pollution est inconnu, et que des [[lentille gravitationnelle faible|lentilles gravitationnelles faibles]] mélangent les modes E (qui présentent une signature forte) avec les modes B (qui présentent une signature faible)<ref>{{article |langue=en
|nom=Lewis|prénom=A.
|nom2=Challinor|prénom2=A.
|année=2006
|titre=Weak gravitational lensing of the CMB
|journal=[[Physics Reports]]
|volume=429|pages=1-65
|doi = 10.1016/j.physrep.2006.03.002|arxiv=astro-ph/0601594|bibcode = 2006PhR...429....1L
}}.</ref>.
Les modes B sont causés par l'influence des lentilles gravitationnelles sur les modes E<ref>{{article |langue=en
|nom=Hanson|prénom=D.
|année=2013
|titre=Detection of B-mode polarization in the Cosmic Microwave Background with data from the South Pole Telescope
|journal=[[Physical Review Letters]]
|volume=111 |numéro=14
|url = //arxiv.org/pdf/1307.5830
|doi = 10.1103/PhysRevLett.111.141301|arxiv=1307.5830 |bibcode = 2013PhRvL.111n1301H
}}.</ref>{{,}}<ref name=EugenieReich>{{article |langue=en
|auteur1=Eugenie Samuel Reich
|titre=Polarization detected in Big Bang's echo
|périodique=Nature
|date=24 juillet 2013
|url=http://www.nature.com/news/polarization-detected-in-big-bang-s-echo-1.13441
}}.</ref>
et par les ondes gravitationnelles issues de l'inflation cosmique.
Les cosmologues prédisent deux types de modes B. Le premier apparaît lors de l'inflation cosmique, un peu après le [[Big Bang]]<ref>{{article |langue=en
|auteur1=U. Seljak
|titre=Measuring Polarization in the Cosmic Microwave Background
|journal=Astrophysical Journal
|date=juin 1997
|volume=482|pages=6–16
|doi=10.1086/304123|arxiv = astro-ph/9608131 |bibcode = 1997ApJ...482....6S
}}.</ref>{{,}}<ref>{{article |langue=en
|auteur1=U. Seljak
|auteur2=M. Zaldarriaga 
|titre=Signature of Gravity Waves in the Polarization of the Microwave Background
|journal=Phys. Rev. Lett.|date=17 mars 1997
|volume=78|numéro=11
|pages=2054–2057
|doi=10.1103/PhysRevLett.78.2054|arxiv = astro-ph/9609169 |bibcode = 1997PhRvL..78.2054S
}}.</ref>{{,}}<ref>{{article |langue=en
|auteur1=M. Kamionkowski
|auteur2= A. Kosowsky 
|auteur3= A. Stebbins
|titre=A Probe of Primordial Gravity Waves and Vorticity
|journal=Phys. Rev. Lett.
|volume=78|numéro=11
|date=17 mars 1997
|pages=2058–2061
|doi=10.1103/PhysRevLett.78.2058|arxiv = astro-ph/9609132 |bibcode = 1997PhRvL..78.2058K
}}.</ref>,
alors que le second est la conséquence de [[lentille gravitationnelle|lentilles gravitationnelles]] apparues plus tard<ref>{{article |langue=en
|auteur1=M. Zaldarriaga
|auteur2=U. Seljak 
|titre=Gravitational lensing effect on cosmic microwave background polarization
|journal=Physical Review D
|volume=58 |numéro=2
|date=15 juillet 1998
|doi=10.1103/PhysRevD.58.023003|arxiv = astro-ph/9803150 |bibcode = 1998PhRvD..58b3003Z
}}.</ref>.
Les ondes gravitationnelles primaires, apparues dans l'Univers primordial, ont pu être observées dans la polarisation du CMB. Les modèles de l'inflation cosmique prédisent leur existence ; leur découverte soutient donc cette théorie (leur intensité permettra de départager ces modèles). Elles sont la conséquence de trois phénomènes : inflation de l'espace même, nouveau réchauffement après l'inflation, et mélange turbulent des fluides de matières et de rayonnements<ref>{{article |langue=en
|titre= Scientists Report Evidence for Gravitational Waves in Early Universe
|auteur1=Ben P. Stein
|date=17 mars 2014
|périodique=Inside Science
|url= http://www.insidescience.org/content/scientists-report-evidence-gravitational-waves-early-universe/1589
|consulté le= 6 février 2018
}}.</ref>.
La polarisation modes B a aussi été observée en octobre 2013 par le [[South Pole Telescope]] et le [[Herschel (télescope spatial)|télescope spatial Herschel]]<ref name=EugenieReich/>, ce que confirme l'étude de données (2015) issues de l'[[Planck (télescope spatial)|observatoire ''Planck'']]<ref name="iap 2015/Planck">{{lien web |url=http://www.iap.fr/actualites/laune/2015/Planck/Planck-livre-ses-mesures-de-la-polarisation-du-rayonnement-de-fond-cosmologique.html |titre=''Planck'' livre ses mesures de la polarisation du rayonnement de fond cosmologique |éditeur=Insitut d'astrophysique de Paris |mois=février |année=2015}}.</ref>.
Ces mesures pourraient aider à vérifier les théories sur l'origine de l'Univers<ref>{{lien web |langue=en
|auteur=ESA Planck
|titre=Planck Space Mission
|url=http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Planck
|date=Oct 22, 2013
|consulté le=Oct 23, 2013
}}.</ref>{{,}}<ref>{{article |langue=en
|nom=NASA/Jet Propulsion Laboratory
|date=22 octobre 2013
|titre=Long-sought pattern of ancient light detected
|périodique=ScienceDaily
|consulté le=23 octobre 2013
|url=http://www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131022101009.htm
}}.</ref>{{,}}<ref>{{article |langue=en
|auteur1=D. Hanson
|titre=Detection of B-Mode Polarization in the Cosmic Microwave Background with Data from the South Pole Telescope
|journal=Physical Review Letters
|date=30 septembre 2013
|volume=111 |numéro=14
|doi=10.1103/PhysRevLett.111.141301|arxiv = 1307.5830 |bibcode = 2013PhRvL.111n1301H
}}.</ref>.
En octobre 2014, l'équipe de l'expérience [[Polarbear]] publie une étude des {{nobr|modes B}} à {{unité|150 GHz}}<ref name=pc1>{{article |langue=en
|titre = A Measurement of the Cosmic Microwave Background B-Mode Polarization Power Spectrum at Sub-Degree Scales with POLARBEAR
|auteur = The Polarbear Collaboration
|date = octobre 2014
|journal = [[The Astrophysical Journal]]
|volume=794
|pages=171
|url = http://iopscience.iop.org/0004-637X/794/2/171/pdf/0004-637X_794_2_171.pdf |format électronique=Pdf
|consulté le = 16 novembre 2014
|doi = 10.1088/0004-637X/794/2/171 |bibcode=2014ApJ...794..171T |arxiv = 1403.2369
}}.</ref>.
Rapportant un niveau de confiance de 97,2 %, elle affirme qu'elles sont d'origine cosmologique<ref name=cs>{{article |langue=en
|titre=POLARBEAR project offers clues about origin of universe's cosmic growth spurt
|url=http://www.csmonitor.com/Science/2014/1021/POLARBEAR-project-offers-clues-about-origin-of-universe-s-cosmic-growth-spurt
|périodique=Christian Science Monitor
|date=21 octobre 2014
}}.</ref> (et non pas une conséquence de la [[poussière interstellaire]]<ref name="AXV-20140919">{{article  |langue=en
|auteur=Planck Collaboration Team
|titre=Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes
|date=9 février 2016
| périodique = Astronomy & Astrophysics
| volume = 586
| pages=A133
|arxiv=1409.5738 | doi = 10.1051/0004-6361/201425034 | bibcode=2016A&A...586A.133P
}}.</ref>{{,}}<!--
--><ref name="NYT-20140922">{{article |langue=en
|auteur1=Dennis Overbye 
|titre=Study Confirms Criticism of Big Bang Finding
|url=//www.nytimes.com/2014/09/23/science/space/study-confirms-criticism-of-big-bang-finding.html
|date=22 septembre 2014
|périodique=[[The New York Times]]
|consulté le=22 septembre 2014
}}.</ref>).