L’univers est conforme à nos modèles cosmologiques

70 % d’énergie noire, 26 % de matière noire et le reste est ce que nous observons. L’évolution de l’univers est conforme à nos modèles cosmologiques.


La carte de la matière noire provenant des mesures des lentilles gravitationelles de 26 millions de galaxie. Les régions rouges possèdent plus de matière noire que la moyenne et les régions bleues possèdent moins de matière noire que la moyenne - Crédit ; Chihway Chang/University of Chicago/DES collaboration
La carte de la matière noire provenant des mesures des lentilles gravitationelles de 26 millions de galaxie. Les régions rouges possèdent plus de matière noire que la moyenne et les régions bleues possèdent moins de matière noire que la moyenne - Crédit ; Chihway Chang/University of Chicago/DES collaboration

Imaginez que vous plantiez une seule graine et que vous pouviez prédire la hauteur de l’arbre avec une grande précision. Maintenant, imaginez également que vous alliez dans le futur et que vous preniez une photographie pour prouver que vous aviez raison. La graine est le début de l’univers et l’arbre est l’ que nous voyons aujourd’hui. Et le vient de prendre une photographie qui confirme que nos modèles cosmologiques avaient raison.

C’est la conclusion de nouveaux résultats du Dark Energy Survey (DES) qui est une grande collaboration scientifique internationale qui propose des modèles cosmologiques sur formation et la structure de l’univers avec une précision sans précédent.

Les chercheurs ont analysé la lumière provenant de 26 millions de galaxies pour étudier comment les structures de l’univers ont évolué au cours des 7 milliards d’années, soit la moitié de l’âge de l’univers. Les données ont été prises avec le DECam, une caméra de 570 mégapixels qui est connectée au Victor M. Blanco Telescope au Cerro Tololo Inter-American Observatory au Chili.

Avant ces résultats, le test le plus précis des modèles cosmologiques provenait des mesures du satellite Planck de l’Agence spatiale européenne de ce que l’on appelle le fond diffus cosmologique (CMB). Le est un rayonnement dans l’univers qui a été émis 380 000 ans après le Big Bang. Planck a examiné la structure de l’univers très précoce, mais DES a mesuré les structures qui ont évolué beaucoup plus tard selon Daniel Gruen, membre de la NASA Einstein. Le développement de ces structures dès les premiers instants de l’univers jusqu’à aujourd’hui correspond à nos modèles. Cela prouve que nous pouvons décrire précisément l’évolution cosmologique.

Gruen présentera les résultats, qui sont basés sur la première année de données du Dark Energy Survey lors de la réunion de la Division of Particles and Fields de 2017. Risa Wechsler, membre fondateur du DES, a déclaré : Pour la première fois, la précision des principaux paramètres cosmologiques issus du Dark Energy Survey est comparable à celle dérivée des mesures du fond diffus cosmologique. Cela nous permet de tester nos modèles de manière indépendante en combinant les deux approches pour obtenir des valeurs de paramètres avec une extrême précision.

La plus grande carte de la distribution de l’univers

Des images prises avec la caméra DECam du Blanco Telescope - Crédit : DES collaboration

Des images prises avec la caméra DECam du Blanco Telescope – Crédit : DES collaboration

Le , connu comme le Lambda-CDM, inclut deux principaux ingrédients. Le premier ingrédient est la froide (CDM) est une forme invisible de matière qui est 5 fois plus présente que la matière visible. On la surnomme comme la parce que ses particules se déplacent plus lentement que la vitesse de la lumière. Cette matière noire se regroupe et elle est au coeur de la formation de structures telles que les galaxies et les amas de galaxies (certains physiciens la surnomment également comme la « gravité invisible » parce qu’on l’observe uniquement grâce à son influence gravitationnelle). Le second ingrédient est la constante cosmologique qui décrit l’expansion accélérée de l’univers qui est provoqué parce qu’on appelle l’énergie sombre ou .

Les astrophysiciens ont besoin de tests précis du modèle, car ces 2 ingrédients sont encore hypothétiques. La matière noire n’a jamais été détectée directement et l’énergie sombre est encore plus mystérieuse et ainsi, on ignore si elle est une constante ou si elle change avec le temps.

Le Dark Energy Survey a réussi à effectuer ce test de précision. Les scientifiques ont utilisé le fait que les images des galaxies lointaines étaient légèrement déformées par la gravité des galaxies au premier plan. C’est un effet qu’on connait comme des lentilles gravitationnelles faibles. Cette analyse a permis de créer la plus grande des cartes sur la distribution de masse de l’univers que ce soit la masse normale ou la matière noire ainsi que son évolution au fil du temps.

Dans une marge d’erreur de moins de 5 %, les résultats combinés de Planck et du Dark Energy Survey sont compatibles avec le Lambda-CDM selon Wechsler. Cela signifie également que pour le moment, nous n’avons besoin que d’une forme constante d’énergie noire pour décrire l’histoire de l’expansion de l’univers. Plus précisément, le Dark Energy Survey nous dit que l’énergie noire compose 70 % de l’univers, la matière noire compose 26 % de toute sa masse et le reste est ce qu’on peut observer.

Un composant essentiel pour la création de la carte de distribution de masse du était de déterminer les distances aux galaxies observées avec précision. Et on peut obtenir ces informations à partir des observations qui analysent les propriétés de la lumière provenant des galaxies ou des supernovas.

Nous avons montré que nous pouvons utiliser la couleur de certaines galaxies « rouges ». Si vous êtes juste en face d’une rouge, alors vous pouvez déterminer leur distance selon Eli Rykoff, l’un des chercheurs. Il s’avère que si nous mettons la carte à l’endroit où ces galaxies rouges se trouvent dans le ciel, alors nous pouvons les utiliser pour étalonner les distances des lentilles gravitationnelles et des galaxies en arrière-plan utilisées dans l’étude.

Vers une vision cosmique plus profonde

Le dome du Blanco Telescope au Chili - Crédit : Reidar Hahn/Fermi National Accelerator Laboratory

Le dome du Blanco Telescope au Chili – Crédit : Reidar Hahn/Fermi National Accelerator Laboratory

Dans un proche avenir, les données supplémentaires du Dark Energy Survey permettront aux astrophysiciens de tester leurs modèles cosmologiques avec encore plus de précision. L’analyse des données collectées au cours des 3 premières années de l’analyse débutera rapidement et la 5e année d’observation sera bientôt en cours. Avec de meilleures données, nous pourrions déterminer si le modèle Lambda-MDP, qui est relativement simple, doit être modifié.

L’observation actuelle est très précise, mais on pourra espérer mieux dans le futur. Ainsi, le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) avec sa caméra de 3,2 gigapixels, qui est en construction au SLAC, permettra aux astrophysiciens d’explorer les profondeurs de notre univers comme jamais auparavant.

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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