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Le fait que l’expansion de l’Univers a commencé à accélérer il y a 7 milliards d’années est quelque chose d’accepté dans le modèle cosmologique standard actuel, même si ce qui a causé cette accélération reste aujourd’hui un mystère. L’expression « énergie noire» couvre plusieurs possibilités, et pour trier parmi celles-ci, nous avons besoin de plus d’informations, comme par exemple de savoir si cette énergie noire est constante ou bien varie au cours du temps.
Le fait que l’expansion de l’Univers a commencé à accélérer il y a 7 milliards d’années est quelque chose d’accepté dans le modèle cosmologique standard actuel, même si ce qui a causé cette accélération reste aujourd’hui un mystère. L’expression « énergie noire» couvre plusieurs possibilités, et pour trier parmi celles-ci, nous avons besoin de plus d’informations, comme par exemple de savoir si cette énergie noire est constante ou bien varie au cours du temps.
Jusqu’à présent, les
astrophysiciens ont toujours été limités par le fait que la plupart
des observations concernaient soit l’univers assez proche (avec un
redshift z proche de 1), là où les supernovae et les
galaxies sont facilement observables, ou au contraire l’univers très
lointain (à z de l’ordre de 1000) avec le rayonnement fossile du fond
diffus cosmologique.
Illustration du phénomène d'oscillations acoustiques baryoniques laissant leur empreinte dans les grandes structures de galaxies (Illustration Chris Blake et Sam Moorfield) |
Mais aujourd’hui, un
programme observationnel permet de combler en partie ce trou temporel.
Le Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) permet de mesurer
l’expansion cosmique à des redshifts de 2.3, correspondant à une remontée dans le temps de 10 milliards d’années, soit avant le
début de l’accélération de cette expansion.
Ces observations
confirment bien sûr l’existence d’un terme d’ "énergie noire". Mais
chose beaucoup plus intéressante, elles montrent qu’elle n’a pas varié dans
les derniers 10 milliards d’années. Cette énergie noire reste cohérente
avec une nature de type "constante cosmologique" à la Einstein, alors que
cela aurait pu ne pas être le cas.
La collaboration BOSS
enregistre les spectres de presque 2 millions de galaxies et de 150000
quasars grâce au télescope de 2.5 m du Sloan Digital Sky Survey ,
situé à l’observatoire Apache Point au Nouveau Mexique.
Leur objectif est de déterminer la distribution de la matière à
travers plus de la moitié de l’Univers observable. Cette distribution,
qui n’apparaît pas aléatoire fournit de précieux renseignement non
seulement sur l’énergie noire, mais aussi sur la distribution
de matière noire et sur la gravitation.
Depuis sa mise évidence
en 1998 par l’observation de supernovae, l’accélération de
l’expansion n’a eu de cesse d’être investiguée pour essayer d’en
déterminer l’origine.
Parmi les premiers paramètres utilisables
se trouvent ce qu’on appelle les oscillations acoustiques baryoniques,
qui sont des sortes d’ondes acoustiques se déplaçant très vite dans
l’Univers très jeune et très dense et qui se retrouvent aujourd’hui
comme figées, dès lors que la matière n’était plus
assez dense pour leur propagation, 300000 ans après le BigB.
Ces
oscillations acoustiques se traduisent aujourd’hui par des variations de
densité de matière caractéristiques, visibles au niveau des distributions de galaxies, et qui conservent l’empreinte des
fluctuations primordiales de densité.
Depuis une dizaine
d’années, de nombreux programmes de recherches de galaxies
ultra-lointaines ont vu le jour, et tous parviennent à voir l’échelle
des OAB dans les distributions des galaxies. C’est grâce à ces
mesures que l’accélération de l’expansion a pu être confirmée sans
faire appel au supernovae.
Vue schématique de l'expansion, d'abord se ralentissant puis s'accélérant (NASA Science) |
L’apport du programme
BOSS vient de sa prise en compte de quasars très lointains.
L’équipe a utilisé ces quasars comme des lampes torches projetées
vers nous pour étudier la distribution d’hydrogène
qui se trouve entre les galaxies, par l’"ombre" qu’il produit (absorption
de la lumière des quasars d’arrière-plan).
C’est la première fois
qu’une mesure de l’hydrogène par cette méthode est utilisée pour
mesurer les oscillations acoustiques baryoniques. Et c’est cette
technique qui a ainsi permis de trouver les taux d’expansion
les plus anciens.
D'après les résultats de BOSS, l’énergie noire est
donc constante dans le temps. C’est finalement la théorie la plus
simple qu’on pouvait imaginait qui semble se révéler la bonne.
Désormais, la balle est
plutôt dans le camp des théoriciens. Alors que les techniques
observationnelles peuvent toujours être améliorées et on sait comment
faire, en revanche, trouver la bonne théorie qui explique
ce qu’est vraiment ce qu’on appelle par défaut "énergie noire"
est une autre affaire… mais on on a au moins éliminé pas mal de pistes.
Références :
Cosmology: Hydrogen wisps reveal dark energy
Tamara Davis
Nature498,179–180 (13 June 2013)
A. Busca, N. G.
et al. Astron. Astrophys. 552, A96 (2013)
A. Slosar, A. et al. J. Cosmol. Astropart. Phys. 026 (April 2013).
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