BISOU

BISOU (Balloon Interferometer for Spectral Observations of the primordial Universe) est un projet précurseur dont le but est d’effectuer la détection des distorsions spectrales du fond diffus cosmologique (CMB – Cosmic Microwave Background) à partir d'un spectromètre embarqué en ballon stratosphérique.

En effet, trente ans après la mesure du spectre du CMB effectuée par l’instrument FIRAS de la mission spatiale COBE, aucune autre mesure n’a été réalisée. Bien que COBE ait montré que l’émission du CMB suit celle d’un corps noir pratiquement parfait à une température T = 2.7255 +/- 0.0006 K, la théorie prédit que des écarts au spectre de corps noir, appelées distorsions spectrales, existent.

Ces distorsions spectrales [1] sont créées par des processus injectant de l’énergie, conduisant matière et photons à sortir de l’équilibre thermique après que la thermalisation devienne inefficace, à un redshift inférieur à z=2x10^6. Il existe deux types de distorsions, toutes deux résultants d’un échange d’énergie entre électrons et photons au travers de l’effet Compton. La diffusion Compton est très inefficace pour un redshift supérieur à 5x10^4, donnant lieu à une distorsion dite de type y, traçant l’histoire thermique pendant la recombinaison et la ré-ionisation. La distorsion de type mu, quant à elle, intervient à un redshift supérieur à 5x10^4 lorsque la diffusion Compton est très efficace, et ne peut pas être générée après l’époque de la recombinaison. De ce fait la mesure de ces distorsions est un moyen unique de suivre l’histoire thermique de notre Univers.

Plusieurs concepts de missions spatiales dédiées ont été proposées, ou co-proposées à la NASA ou à l’ESA par notre équipe (PIXIE [2], PRISTINE, FOSSIL).

BISOU, coordonné par l’équipe Cosmologie de l’IAS, est une collaboration internationale regroupant plusieurs laboratoires en France, Italie, Irlande, Royaume Uni, Etats Unis d’Amérique et Japon. Outre jouer le rôle de pathfinder d’une potentielle future mission spatiale, de développer certaines technologies clefs et de consolider le concept de mesure en utilisant un spectromètre à transformée de Fourier (FTS), BISOU a pour objectifs scientifiques d’effectuer une première détection des distorsions spectrales de type y, ainsi que d'obtenir une meilleure précision sur la mesure de la température du CMB et de l’intensité totale du fond diffus infrarouge (CIB – Cosmic Infrared Background).

Une étude de Phase 0 du CNES s'ext terminée avec succès au printemps 2023, et une Phase A devrait commencer en mars 2024.

Par ailleurs, un co-financement de la région Ile de France (DIM-ORIGINES) et du CNES a été récemment attribué pour le développement d'un prototype de cet instrument, BISOU-BBM.

Le projet BISOU a été présenté lors de plusieurs conférences :

• 16th Marcel Grossmann meeting (2021), BISOU: a balloon project to measure the CMB spectral distortions
• 25th ESA symposium on European Rocket and Balloon programmes and related research, Biarritz, 2022
• SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022, Montreal. BISOU: a balloon project for spectral observations of the early universe, B. Maffei et al, Proceedings of the SPIE, Volume 12190, id. 121900A 12 pp. (2022)
• SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022, Montreal. Optical analysis of BISOU: a balloon project to measure the CMB spectral distortions, N. Trappe et al, Proceedings of the SPIE, Volume 12190, id. 121901Q 6 pp. (2022)

Références :
    1. New horizons in cosmology with spectral distortions of the cosmic microwave background, J. Chluba et al, Experimental Astronomy, Volume 51, Issue 3, p.1515-1554 (2021)
    2. The Primordial Inflation Explorer (PIXIE), A. Kogut et al, Proceedings of the SPIE, Volume 9904, id. 99040W 23 pp. (2016)

Contacts à l'IAS : Bruno Maffei et Nabila Aghanim