En cosmologie, l’énergie sombre ou énergie noire est une forme d’énergie hypothétique remplissant uniformément tout l’Univers et dotée d’une pression négative, elle se comporte comme une force gravitationnelle répulsive. Ce serait elle qui serait responsable de l’expansion de l’univers.
Ce phénomène voit à grande échelle les objets composant l’Univers (galaxies, amas…) s’éloigner les uns des autres. Cet écartement mutuel, que l’on pourrait prendre pour un mouvement des galaxies dans l’espace, s’interprète en réalité par un gonflement, une dilatation, de l’espace lui-même, les objets célestes étant de ce fait amenés à s’éloigner les uns des autres. On notera qu’à plus petite échelle, l’expansion n’affecte pas la taille des galaxies elles-mêmes, la gravité « intérieure » ayant un effet prédominant.
Pour étudier cette expansion un programme international dit DESI (Dark Energy Spectroscopie Instrumant) a été lancé
DESI est l’un des programmes d’observation du ciel les plus ambitieux qui soit. Il est actuellement en cours de développement mais, une fois opérationnel, il deviendra rapidement le plus grand relevé de données spectroscopiques de galaxies. La cartographie tridimensionnelle que DESI va obtenir présentera un grand intérêt scientifique en elle-même, mais elle deviendra encore plus intéressante lorsqu’elles sera combinées à d’autres données provenant de relevés d’imagerie optique/infrarouge, micro-ondes ou dans le domaine des rayons X.
http://www desi.lbl.gov/fr/the-desi-science-mission-french/#
Le projet DESI cherche à cartographier les structures aux grandes échelles de l’univers sur un très grand volume et sur des époques de l’univers très étendues (ceci étant basé sur la mesure de redshift, ou décalage vers le rouge du spectre de la lumière émise par des objets lointains). Après avoir ciblé plus de 30 millions de galaxies pré-sélectionnées sur près d’un tiers de la voûte céleste, les scientifiques utiliseront les données spectroscopiques de DESI pour construire les cartes tridimensionnelles des structures de l’univers.
Le relevé DESI est basé sur 4 classes principales de galaxies, décrites ci-dessous, des plus proches au plus éloignées de nous.
. DESI va fournir une carte détaillée de l’univers proche en utilisant des galaxies très lumineuses, jusqu’à un redshift de 0,4. Ces objets sont suffisamment lumineux pour être observés lorsque la lune est dans le ciel. Bien que ce soit les objets les plus simples à cibler, ils constituent un grand intérêt car ils permettent de sonder de notre univers récent, où l’accélération de son expansion est la plus forte.
. Puis DESI utilisera les galaxies rouges lumineuses (Luminous Red Galaxies—LRGs). Ce sont les galaxies les plus massives, composées en grande partie d’étoiles en fin de vie. Leur couleur rouge les rendent facile à sélectionner à partir des relevés photométriques de DESI d’images et elles peuvent être observées jusqu’à un redshift de 1.
. L’échantillon le plus important de DESI correspond aux galaxies à raies d’émission (Emission Line Galaxies—ELGs). Ce sont les galaxies plus lointaines et les plus faibles, mais leur production active d’étoiles notamment de jeunes étoiles très chaudes crée une forte émission à des longueurs d’onde bien définies que DESI peut détecter pour des redshifts jusqu’à 1,6.
. Pour aller encore plus loin, DESI va étudier des quasars. Ce sont des galaxies actives avec un trou noir supermassif central. Ce trou noir accrète une très grande quantité de matière qui peut ensuite être éjectée à des vitesses relativistes et qui rayonne. Les quasars brillent bien plus que les étoiles dans les galaxies, permettant à DESI de les détecter jusqu’à un redshift de 3,5 voire plus.
Une autre application importante des quasars est que leur spectre lumineux est altéré lors du trajet de la lumière par les gaz intergalactiques entre le quasar et nous. L’hydrogène neutre contenu dans ces gaz produit une absorption caractéristique à une longueur d’onde précise dans le domaine ultraviolet (121,6 nanomètres). Cette absorption caractéristique est décalée dans le domaine visible par le très grand redshift du gaz en lui-même. Cela produit ce que l’on nomme des forêts Lyman-alpha dans les spectres. Ainsi chaque spectre de quasar renseigne à la fois sur la position de la galaxie active mais aussi sur la quantité de gaz intergalactique le long de la ligne de visée.
Enfin, DESI observera aussi des étoiles dans notre propre galaxie, enrichissant ainsi notre connaissance des abondances des éléments chimiques et de la dynamique gravitationnelle de la Voie Lactée, particulièrement pour l’étude et le rôle de la matière sombre.
Résultats
La première année d’observation du relevé céleste DESI suggère que l’énergie noire, qui accélère l’expansion de l’univers, pourrait avoir varié dans le temps. Un résultat qui défie notre compréhension de l’évolution cosmique et qui suscite tour à tour prudence, enthousiasme et curiosité chez les spécialistes.
Les scientifiques travaillant sur le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI, instrument spectroscopique pour l’énergie sombre) ont réalisé la plus grande carte en 3D de notre Univers et en ont tiré une mesure de pointe de l’énergie sombre, cause mystérieuse de son expansion accélérée.
- DESI a cartographié les galaxies et les quasars avec un niveau de détail sans précédent afin de produire la plus grande carte tridimensionnelle de l’Univers jamais réalisée et mesurer la vitesse à laquelle l’Univers s’est étendu sur les 11 derniers milliards d’années.
- C’est la première fois que l’on retrace l’histoire de l’expansion de l’Univers jusqu’à cette période lointaine avec une précision inférieure à 1 %, offrant ainsi un puissant moyen d’étudier la nature de l’énergie sombre.
- Avec seulement un an de données, DESI a dépassé toutes les cartes 3D précédentes combinées, issues de 20 ans d’observations, et a confirmé les bases de notre meilleur modèle de l’Univers – avec toutefois des pistes prometteuses à explorer avec plus de données.
Avec le télescope Mayall installé au sommet de l’observatoire Kitt Peak en Arizona, les chercheurs peuvent regarder dans le passé et dérouler l’histoire de l’Univers sur les 11 derniers milliards d’années, alors que l’on estime l’âge de celui-ci à 13,8 milliards d’années.
En effet, en captant la lumière provenant de 5000 galaxies lointaines simultanément, DESI permet de cartographier, avec une cadence inégalée, le cosmos tel qu’il était dans le passé et de retracer son expansion jusqu’à aujourd’hui.
Comprendre comment notre Univers a évolué est lié à l’un des plus grands mystères de la physique : l’énergie sombre, l’ingrédient inconnu qui provoque l’accélération récente de l’expansion de notre Univers.
Pour étudier les effets de l’énergie sombre au cours des 11 derniers milliards d’années, DESI a créé la plus grande carte tridimensionnelle de notre cosmos jamais construite, avec les mesures les plus précises à ce jour. Les chercheurs ont rendu publique l’analyse de leur première année de prise de données dans plusieurs articles publiés aujourd’hui sur arXiv et lors de présentations à la réunion de la Société Américaine de Physique aux États-Unis et aux Rencontres de Moriond en Italie.
« Nous sommes incroyablement fiers des données qui ont produit des résultats de cosmologie de premier plan mondial. Ce sont les premiers résultats issus de la quatrième génération des expériences de mesure de l’énergie sombre », a déclaré Michael Levi, directeur de DESI et scientifique au Laboratoire national Lawrence Berkeley (LBNL) du DoE (Department of Energy), qui gère le projet. « Jusqu’à présent, nous constatons un accord de base avec notre meilleur modèle de l’Univers, mais nous observons également quelques différences potentiellement intéressantes. Celles-ci peuvent ou non disparaître avec plus de données, et nous sommes donc impatients de commencer à analyser bientôt l’ensemble des données de DESI collectées sur trois ans. »
Le modèle principal de l’Univers est connu sous le nom de Lambda-CDM. Il inclut à la fois de la matière interagissant faiblement avec la matière ordinaire, appelée matière noire froide (Cold Dark Matter CDM ) et de l’énergie sombre sous la forme d’une constante fondamentale (Lambda). Tant la matière que l’énergie sombre influencent la façon dont l’Univers s’étend – mais de manière opposée. La matière ordinaire et la matière noire ralentissent l’expansion, tandis que l’énergie sombre l’accélère. Leurs proportions respectives influencent ainsi l’histoire de l’expansion de l’Univers. Ce modèle décrit bien les résultats des expériences précédentes et le comportement de l’Univers au cours du temps.
“Avec les observations très précises de DESI, le modèle Lambda-CDM tient toujours ! Cependant, nous observons des déviations qui pourraient indiquer que l’énergie sombre évolue au cours de l’histoire de l’Univers.” selon Arnaud de Mattia, physicien au Commissariat à l’Energie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA), qui codirige le groupe d’interprétation cosmologique des données de DESI. Avec plus de données, nous améliorerons également nos premiers résultats sur la constante de Hubble (qui mesure la vitesse à laquelle l’Univers s’étend aujourd’hui) et sur la masse de certaines particules appelées neutrinos. “Nous entrons dans un nouvel âge d’or de la cosmologie où nous allons pouvoir préciser la nature de l’énergie sombre et construire une meilleure compréhension de la dynamique de notre Univers.”
Europe Solidaire 