En 1929, Edwin Hubble a changé à jamais notre compréhension du cosmos en montrant que l'Univers est dans un état d'expansion. Dans les années 1990, les astronomes ont déterminé que la vitesse à laquelle il se développe s'accélère réellement, ce qui a conduit à la théorie de «l'énergie noire». Depuis ce temps, les astronomes et les physiciens ont cherché à déterminer l'existence de cette force en mesurant l'influence qu'elle a sur le cosmos.
Le dernier en date de ces efforts provient du Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), où une équipe internationale de chercheurs a annoncé avoir terminé de créer les mesures les plus précises de l'Univers à ce jour. Connues sous le nom de Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), leurs mesures ont imposé de nouvelles contraintes aux propriétés de l'énergie noire.
Les nouvelles mesures ont été présentées par l'astronome de l'Université de Harvard Daniel Eisenstein lors d'une récente réunion de l'American Astronomical Society. En tant que directeur du Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), lui et son équipe ont passé les dix dernières années à mesurer le cosmos et les fluctuations périodiques de la densité de la matière normale pour voir comment les galaxies sont réparties dans l'Univers.
Et après une décennie de recherche, l'équipe BOSS a pu produire une carte en trois dimensions du cosmos qui couvre plus de six milliards d'années-lumière. Et tandis que d'autres enquêtes récentes ont regardé plus loin - jusqu'à des distances de 9 et 13 milliards d'années-lumière - la carte BOSS est unique en ce qu'elle possède la plus grande précision de toute carte cosmologique.
En fait, l'équipe BOSS a pu mesurer la distribution des galaxies dans le cosmos, et à une distance de 6 milliards d'années-lumière, avec une marge d'erreur sans précédent de 1%. Déterminer la nature des objets cosmiques à de grandes distances n'est pas chose facile, en raison des effets de la relativité. Comme le Dr Eisenstein l'a dit à Space Magazine par e-mail:
«Les distances sont un défi de longue date en astronomie. Alors que les humains peuvent souvent juger la distance en raison de notre vision binoculaire, les galaxies au-delà de la Voie lactée sont beaucoup trop loin pour l'utiliser. Et parce que les galaxies sont disponibles dans une large gamme de tailles intrinsèques, il est difficile de juger de leur distance. C’est comme regarder une montagne lointaine; le jugement de sa distance est lié au jugement de sa hauteur. "
Dans le passé, les astronomes ont effectué des mesures précises d'objets dans l'univers local (c.-à-d. Planètes, étoiles voisines, amas d'étoiles) en s'appuyant sur tout, du radar au décalage vers le rouge - le degré auquel la longueur d'onde de la lumière est décalée vers l'extrémité rouge du spectre. Cependant, plus la distance d'un objet est grande, plus le degré d'incertitude est élevé.
Et jusqu'à présent, seuls des objets situés à quelques milliers d'années-lumière de la Terre - c'est-à-dire à l'intérieur de la galaxie de la Voie lactée - ont vu leurs distances mesurées à une marge d'erreur d'un pour cent près. En tant que plus grand des quatre projets qui composent le Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), ce qui distingue BOSS, c'est le fait qu'il repose principalement sur la mesure de ce qu'on appelle les «oscillations acoustiques baryoniques» (BAO).
Ce sont des ondulations périodiques essentiellement subtiles dans la distribution de la matière baryonique visible (c'est-à-dire normale) dans le cosmos. Daniel Eisenstein a expliqué:
«BOSS mesure l'expansion de l'Univers de deux manières principales. La première consiste à utiliser les oscillations acoustiques du baryon (d'où le nom du levé). Les ondes sonores voyageant au cours des 400 000 premières années après le Big Bang créent une échelle préférée pour la séparation des paires de galaxies. En mesurant cette séparation préférée dans un échantillon de nombreuses galaxies, nous pouvons déduire la distance à l'échantillon.
«La deuxième méthode consiste à mesurer la façon dont le regroupement des galaxies diffère entre des paires orientées le long de la ligne de visée par rapport à transversales à la ligne de visée. L'expansion de l'Univers peut faire en sorte que ce regroupement soit asymétrique si l'on utilise le mauvais historique d'expansion lors de la conversion des décalages rouges en distance. »
Grâce à ces nouvelles mesures de distance très précises, les astronomes BOSS pourront étudier l'influence de la matière noire avec une bien plus grande précision. "Différents modèles d'énergie sombre varient dans la façon dont l'accélération de l'expansion de l'Univers se déroule au fil du temps", a déclaré Eisenstein. «BOSS mesure l'historique de l'expansion, ce qui nous permet de déduire le taux d'accélération. Nous trouvons des résultats qui sont très cohérents avec les prédictions du modèle de constante cosmologique, c'est-à-dire le modèle dans lequel l'énergie sombre a une densité constante dans le temps. »
En plus de mesurer la distribution de la matière normale pour déterminer l'influence de l'énergie noire, la collaboration SDSS-III travaille à cartographier la Voie lactée et à rechercher des planètes extrasolaires. Les mesures BOSS sont détaillées dans une série d'articles qui ont été soumis à des revues par la collaboration BOSS le mois dernier, qui sont maintenant tous disponibles en ligne.
Et BOSS n'est pas le seul effort pour comprendre la structure à grande échelle de notre Univers, et comment toutes ses forces mystérieuses l'ont façonné. Le mois dernier, le professeur Stephen Hawking a annoncé que le centre de superinformatique COSMOS de l'Université de Cambridge créerait la carte 3D de l'Univers la plus détaillée à ce jour.
S'appuyant sur les données obtenues par les données du CMB obtenues par le satellite Planck de l'ESA et sur les informations du Dark Energy Survey, ils espèrent également mesurer l'influence de l'énergie noire sur la distribution de la matière dans notre univers. Qui sait? Dans quelques années, nous pourrons très bien comprendre comment toutes les forces fondamentales gouvernant l'Univers fonctionnent ensemble.
