L’univers surpris en train de supprimer la croissance de la structure cosmique

Mais des chercheurs de l’Université du Michigan ont découvert que la vitesse à laquelle ces grandes structures se développent est plus lente que celle prévue par la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Ils ont également montré que, à mesure que l’énergie noire accélère l’expansion globale de l’univers, la suppression de la croissance de la structure cosmique que les chercheurs constatent dans leurs données est encore plus importante que ce que prédit la théorie. Leurs résultats sont publiés dans Lettres d’examen physique.

Les galaxies s’étendent dans tout notre univers comme une toile d’araignée cosmique géante. Leur répartition n’est pas aléatoire. Au lieu de cela, ils ont tendance à se regrouper. En fait, l’ensemble de la toile cosmique a commencé comme de minuscules amas de matière dans l’univers primitif, qui se sont progressivement développés en galaxies individuelles, et finalement en amas et filaments de galaxies.

“Tout au long du temps cosmique, un petit amas de masse attire et accumule de plus en plus de matière de sa région locale par interaction gravitationnelle. À mesure que la région devient de plus en plus dense, elle finit par s’effondrer sous sa propre gravité”, a déclaré Minh Nguyen, auteur principal. de l’étude et de la recherche postdoctorale au Département de physique de l’UM.

“A mesure qu’ils s’effondrent, les touffes deviennent plus denses. C’est ce que nous entendons par croissance. C’est comme un métier à tisser où les effondrements en une, deux et trois dimensions ressemblent à une feuille, un filament et un nœud. La réalité est une mélange des trois cas, et vous avez des galaxies vivant le long des filaments tandis que des amas de galaxies – des groupes de milliers de galaxies, les objets les plus massifs de notre univers délimités par la gravité – se trouvent aux nœuds. »

L’univers n’est pas seulement constitué de matière. Il contient également probablement un composant mystérieux appelé énergie noire. L’énergie noire accélère l’expansion de l’univers à l’échelle mondiale. Alors que l’énergie noire accélère l’expansion de l’univers, elle a l’effet inverse sur les grandes structures.

“Si la gravité agit comme un amplificateur renforçant les perturbations de la matière pour se transformer en une structure à grande échelle, alors l’énergie noire agit comme un atténuateur atténuant ces perturbations et ralentissant la croissance de la structure”, a déclaré Nguyen. “En examinant comment la structure cosmique s’est regroupée et s’est développée, nous pouvons essayer de comprendre la nature de la gravité et de l’énergie noire.”

Nguyen, Dragan Huterer, professeur de physique à l’UM, et Yuewei Wen, étudiant diplômé de l’UM, ont examiné la croissance temporelle d’une structure à grande échelle tout au long du temps cosmique à l’aide de plusieurs sondes cosmologiques.

Tout d’abord, l’équipe a utilisé ce qu’on appelle le fond cosmique des micro-ondes. Le fond diffus cosmologique, ou CMB, est composé de photons émis juste après le Big Bang. Ces photons fournissent un instantané du tout premier univers. Lorsque les photons se déplacent vers nos télescopes, leur trajectoire peut être déformée ou lentille gravitationnellement par une structure à grande échelle en cours de route. En les examinant, les chercheurs peuvent déduire comment la structure et la matière sont réparties entre nous et le fond cosmique des micro-ondes.

Nguyen et ses collègues ont profité d’un phénomène similaire avec une faible lentille gravitationnelle des formes des galaxies. La lumière des galaxies d’arrière-plan est déformée par les interactions gravitationnelles avec la matière et les galaxies du premier plan. Les cosmologistes décodent ensuite ces distorsions pour déterminer comment la matière intermédiaire est distribuée.

“Il est crucial que, comme le CMB et les galaxies d’arrière-plan soient situés à des distances différentes de nous et de nos télescopes, la lentille gravitationnelle faible des galaxies sonde généralement les distributions de matière plus tard que ce qui est sondé par la lentille gravitationnelle faible du CMB”, a déclaré Nguyen.

Pour suivre la croissance de la structure jusqu’à une date encore ultérieure, les chercheurs ont également utilisé les mouvements des galaxies dans l’univers local. À mesure que les galaxies tombent dans les puits de gravité des structures cosmiques sous-jacentes, leurs mouvements suivent directement la croissance de la structure.

“La différence dans ces taux de croissance que nous avons potentiellement découvert devient plus importante à mesure que nous approchons de la situation actuelle”, a déclaré Nguyen. “Ces différentes sondes indiquent individuellement et collectivement une suppression de la croissance. Soit il nous manque des erreurs systématiques dans chacune de ces sondes, soit il nous manque une nouvelle physique tardive dans notre modèle standard.”

Les résultats pourraient potentiellement répondre à la tension dite S8 en cosmologie. S8 est un paramètre qui décrit la croissance de la structure. La tension surgit lorsque les scientifiques utilisent deux méthodes différentes pour déterminer la valeur de S8 et qu’ils ne sont pas d’accord. La première méthode, utilisant des photons du fond diffus cosmologique, indique une valeur S8 supérieure à la valeur déduite des mesures de lentilles gravitationnelles faibles et de regroupement de galaxies.

Aucune de ces sondes ne mesure aujourd’hui la croissance de la structure. Au lieu de cela, ils sondent la structure à des époques antérieures, puis extrapolent ces mesures au temps présent, en supposant le modèle standard. Le fond cosmique des micro-ondes sonde la structure de l’univers primitif, tandis que la structure des sondes de lentilles gravitationnelles et de regroupement des galaxies est faible dans l’univers tardif.

Les découvertes des chercheurs concernant une suppression tardive de la croissance mettraient les deux valeurs S8 en parfait accord, selon Nguyen.

“Nous avons été surpris par la grande signification statistique de la suppression de la croissance anormale”, a déclaré Huterer. “Honnêtement, j’ai l’impression que l’univers essaie de nous dire quelque chose. C’est maintenant notre travail, à nous, cosmologistes, d’interpréter ces découvertes.

“Nous aimerions renforcer davantage les preuves statistiques de la suppression de la croissance. Nous aimerions également comprendre la réponse à la question plus difficile de savoir pourquoi les structures croissent plus lentement que prévu dans le modèle standard avec matière noire et énergie noire. La cause de cela Cet effet peut être dû à de nouvelles propriétés de l’énergie noire et de la matière noire, ou à une autre extension de la Relativité Générale et du modèle standard à laquelle nous n’avons pas encore pensé. »