Percée significative dans la compréhension de l’évolution de l’univers

Contrairement aux anciens philosophes qui imaginaient les origines de l’univers, les cosmologistes modernes utilisent des outils quantitatifs pour mieux comprendre l’évolution et la structure de l’univers. La cosmologie moderne remonte au début du XXe siècle, avec le développement de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.

Aujourd’hui, des chercheurs de la collaboration Atacama Cosmology Telescope (ACT) ont créé une nouvelle image révolutionnaire qui révèle la carte la plus détaillée de la matière noire répartie sur un quart du ciel, s’étendant profondément dans le cosmos. De plus, cela confirme la théorie d’Einstein sur la façon dont les structures massives se développent et plient la lumière, sur toute la durée de vie de 14 milliards d’années de l’univers.

“Nous avons cartographié la matière noire invisible à travers le ciel jusqu’aux plus grandes distances, et voyons clairement les caractéristiques de ce monde invisible qui s’étendent sur des centaines de millions d’années-lumière”, déclare Blake Sherwin, professeur de cosmologie à l’Université de Cambridge, où il dirige un groupe de chercheurs de l’ACT. “Cela ressemble exactement à ce que nos théories prédisent.”

Bien qu’elle représente 85 % de l’univers et influence son évolution, la matière noire est difficile à détecter car elle n’interagit pas avec la lumière ou d’autres formes de rayonnement électromagnétique. À notre connaissance, la matière noire n’interagit qu’avec la gravité.

Pour le retrouver, les plus de 160 collaborateurs qui ont construit et recueilli des données du télescope de cosmologie Atacama de la National Science Foundation dans les hautes Andes chiliennes observent la lumière émanant après l’aube de la formation de l’univers, le Big Bang – lorsque l’univers n’était que 380 000 ans. Les cosmologistes se réfèrent souvent à cette lumière diffuse qui remplit tout notre univers comme “l’image de bébé de l’univers”, mais formellement, elle est connue sous le nom de rayonnement de fond cosmique à micro-ondes (CMB).

L’équipe suit comment l’attraction gravitationnelle de grandes structures lourdes, y compris la matière noire, déforme le CMB lors de son voyage de 14 milliards d’années vers nous, comme la façon dont une loupe plie la lumière lorsqu’elle passe à travers sa lentille.

“Nous avons créé une nouvelle carte de masse en utilisant les distorsions de la lumière laissées par le Big Bang”, explique Mathew Madhavacheril, professeur adjoint au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Pennsylvanie. « Remarquablement, il fournit des mesures qui montrent que la “grosseté” de l’univers, et la vitesse à laquelle il se développe après 14 milliards d’années d’évolution, sont exactement ce que vous attendez de notre modèle standard de cosmologie basé sur la théorie d’Einstein. de la gravité.”

Sherwin ajoute : “Nos résultats fournissent également de nouvelles informations sur un débat en cours que certains ont appelé” La crise de la cosmologie “, expliquant que cette crise découle de mesures récentes qui utilisent une lumière de fond différente, celle émise par les étoiles des galaxies plutôt que par le CMB. . Celles-ci ont produit des résultats suggérant que la matière noire n’était pas suffisamment grumeleuse dans le modèle standard de la cosmologie et ont conduit à craindre que le modèle ne soit brisé. Cependant, les derniers résultats de l’équipe d’ACT ont permis d’évaluer avec précision que les vastes masses vues sur cette image ont exactement la bonne taille.

“Quand je les ai vus pour la première fois, nos mesures étaient en si bon accord avec la théorie sous-jacente qu’il m’a fallu un moment pour traiter les résultats”, explique Cambridge Ph.D. l’étudiant Frank Qu, membre de l’équipe de recherche. “Il sera intéressant de voir comment cette éventuelle divergence entre les différentes mesures sera résolue.”

“Les données de lentille CMB rivalisent avec des enquêtes plus conventionnelles sur la lumière visible des galaxies dans leur capacité à tracer la somme de ce qui existe”, déclare Suzanne Staggs, directrice de l’ACT et professeur de physique Henry DeWolf Smyth à l’Université de Princeton. “Ensemble, la lentille CMB et les meilleurs relevés optiques clarifient l’évolution de toute la masse de l’univers.”

“Lorsque nous avons proposé cette expérience en 2003, nous n’avions aucune idée de toute l’étendue des informations pouvant être extraites de notre télescope”, explique Mark Devlin, professeur d’astronomie Reese Flower à l’Université de Pennsylvanie et directeur adjoint de l’ACT. “Nous le devons à l’ingéniosité des théoriciens, aux nombreuses personnes qui ont construit de nouveaux instruments pour rendre notre télescope plus sensible, et aux nouvelles techniques d’analyse que notre équipe a mises au point.”

ACT, qui a fonctionné pendant 15 ans, a été mis hors service en septembre 2022. Néanmoins, d’autres articles présentant les résultats de l’ensemble final d’observations devraient être soumis prochainement, et l’observatoire Simons effectuera de futures observations sur le même site, avec un nouveau télescope. devrait entrer en service en 2024. Ce nouvel instrument sera capable de cartographier le ciel presque 10 fois plus vite qu’ACT.