La nouvelle plus grande carte tridimensionnelle de l’Univers comble certains vides problématiques

Le 20 juillet, des astrophysiciens ont publié la plus grande carte tridimensionnelle de l’Univers, résultat de 20 ans d’analyse de plus de quatre millions de galaxies et de quasars ultra-lumineux avec le programme de relevés astronomique du Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Will Percival, de l’université de Waterloo dans l’Ontario (Canada), a déclaré que les efforts des scientifiques de 30 institutions du monde entier avaient permis d’obtenir :

Une histoire complète de l’expansion de l’Univers.

Il y a plus de deux décennies, les chercheurs ont lancé un projet qui a permis d’effectuer « les mesures les plus précises de l’histoire de l’expansion sur la plus vaste gamme de temps cosmique jamais enregistrée », explique Percival.

La carte est basée sur les dernières observations faites par le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) intitulé « extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey » (eBOSS), ainsi que sur les données recueillies par un télescope optique au Nouveau-Mexique pendant 6 ans.

Après le Big Bang, l’Univers naissant est relativement connu grâce à des modèles théoriques étendus et à l’observation du rayonnement électromagnétique du cosmos naissant, connu sous le nom de fond diffus cosmologique.

La carte ci-dessous présente la plus ancienne lumière dans notre univers, comme elle a été détectée avec la plus grande précision par la mission Planck. La lumière antique, appelée le fond diffus cosmologique, a été imprimée sur le ciel quand l’univers avait 370 000 ans. Elle montre les minuscules fluctuations de température qui correspondent aux régions aux densités légèrement différentes, représentant les graines de toute la future structure : les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui. (ESA/ Planck)

En outre, l’étude de différentes galaxies et les mesures à distance ont contribué à une meilleure appréciation de l’expansion de l’Univers sur des milliards d’années.

Cependant, Kyle Dawson de l’université de l’Utah a déclaré qu’ils avaient comblé un « trou troublant au milieu des 11 milliards d’années ». Il a déclaré qu’à travers 5 années d’observations continues, ils ont travaillé à combler ce fossé et à utiliser ces informations pour fournir certaines des plus significatives avancées de la cosmologie au cours des 10 dernières années.

Leur étude vise à réaliser la carte en 3D la plus complète de l’Univers sur toute sa durée utile, a déclaré l’astrophysicien Jean-Paul Kneib, de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), qui a lancé eBOSS en 2012.

Concernant l’image ci-dessous : eBOSS cartographie la distribution des galaxies et des quasars depuis l’époque où l’Univers avait entre 3 et 8 milliards d’années, une période critique où l’énergie sombre a commencé à affecter l’expansion de l’Univers. Aux plus hauts décalages vers le rouge, à une époque où l’Univers était dominé par la matière, eBOSS utilise la forêt Lyman-α pour cartographier la distribution de la matière. (Dana Berry / SkyWorks Digital Inc. et la collaboration SDSS)

Les chercheurs ont utilisé les données sur les objets célestes qui indiquent la répartition de la matière dans l’Univers, ainsi que les galaxies qui forment activement les étoiles et les quasars.

La carte 3D de l’Univers montre les filaments de matière et les vides qui définissent son origine alors qu’il n’avait qu’environ 380 000 ans. Dans le même temps, les chercheurs ont observé les galaxies les plus anciennes et les plus rouges pour montrer l’Univers il y a 6 milliards d’années.

D’autre part, les chercheurs se sont concentrés sur les plus jeunes galaxies (galaxies bleues) pour montrer ces périodes plus lointaines. Pour aller encore plus loin, ils ont utilisé des quasars ou des galaxies qui ont une zone centrale extrêmement lumineuse.

La carte SDSS est représentée par un arc-en-ciel de couleurs, situé dans l’Univers observable (la sphère extérieure, montrant les fluctuations du fond micro-ondes cosmique). Nous sommes situés au centre de cette carte. L’encart de chaque section de la carte codée en couleur comprend une image d’une galaxie ou d’un quasar typique de cette section, ainsi que le signal du modèle que l’équipe eBOSS y mesure. En regardant au loin, on remonte dans le temps. Ainsi, la localisation de ces signaux révèle le taux d’expansion de l’Univers à différents moments de l’histoire cosmique. (Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Ohio State University) et la collaboration SDSS)

On voit également sur la carte comment l’expansion de l’Univers a commencé jusqu’à ce qu’elle s’accélère à un moment donné et continue à le faire. Selon eux, l’expansion de l’Univers pourrait être due à l’énergie sombre, ou à l’élément invisible dont parle la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, mais dont l’origine est inconnue.

Présentation de la plus grande carte de l’Univers en 3D, eBOSS :

Bien que les astrophysiciens sachent depuis longtemps que l’Univers est en expansion, ils ne sont toujours pas capables de mesurer précisément son taux d’expansion. Ils ont essayé de comparer les observations d’eBOSS avec des études antérieures sur les débuts de l’Univers, mais cela n’a révélé que des divergences dans les estimations du taux d’expansion. Les scientifiques ont actuellement un taux accepté, appelé « constante de Hubble« , qui est de 10% inférieur à la valeur calculée à partir de la distance des galaxies les plus proches de la Voie lactée. Selon Will Percival :

Prises ensemble, les analyses détaillées de la carte eBOSS et des expériences SDSS antérieures ont maintenant fourni les mesures les plus précises de la chronologie de l’expansion sur la plus vaste gamme de temps cosmique jamais enregistrée. Ces études nous permettent de relier toutes ces mesures en une histoire complète de l’expansion de l’Univers.

Michael Blanton, directeur du SDSS-IV (Université de New York) et Will Percival, spécialiste des relevés eBOSS (Institut Perimeter et Université de Waterloo), discutent de l’héritage de 20 ans de relevés des galaxies du SDSS.

Kyle Dawson (Université de l’Utah), chercheur principal du projet eBOSS, Will Percival (Institut Perimeter et Université de Waterloo), et Jiamin Hou (Institut Max Planck de physique extragalactique), l’un des responsables de l’analyse, présentent les nouveaux résultats, la manière dont le projet eBOSS est géré et la signification des résultats pour notre compréhension de l’univers.

Présentées sur le site du Sloan Digital Sky Survey : No need to Mind the Gap: Astrophysicists fill in 11 billion years of our universe’s expansion history.