En ce qui concerne la précision, tout le monde s'efforce à cent pour cent, mais la mesure des distances cosmiques laisse un peu plus de chance. Il y a quelques jours à peine, des chercheurs du Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) ont annoncé au monde qu'ils étaient en mesure de mesurer la distance aux galaxies situées à plus de six milliards d'années-lumière jusqu'à un niveau de confiance de seulement 1%. Si cette annonce ne vous semble pas passionnante, réfléchissez à ce qu'elle signifie pour d'autres études. Ces nouvelles mesures donnent un paramètre aux propriétés de l'omniprésente «énergie noire» - la source de l'expansion universelle.
"Il n'y a pas beaucoup de choses dans notre vie quotidienne que nous connaissons avec une précision d'un pour cent", a déclaré David Schlegel, physicien au Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) et chercheur principal du BOSS. "Je connais maintenant mieux la taille de l'univers que la taille de ma maison."
Les résultats de l'équipe de recherche ont été présentés à la réunion de l'American Astronomical Society par l'astronome Daniel Eisenstein de l'Université de Harvard, directeur de la Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), l'organisation mondiale qui comprend BOSS. Ils sont détaillés dans une série d'articles soumis à des revues par la collaboration BOSS le mois dernier, qui sont maintenant tous disponibles sous forme de prépublications en ligne.
"La détermination de la distance est un défi fondamental de l'astronomie", a déclaré Eisenstein. «Vous voyez quelque chose dans le ciel - à quelle distance est-il? Une fois que vous savez à quelle distance il est, apprendre tout le reste est soudainement beaucoup plus facile. »
Lorsqu'il s'agit de mesurer des distances dans l'espace, les astronomes ont utilisé de nombreuses méthodes. Mesurer les distances aux planètes a été accompli en utilisant le radar, mais il a ses contraintes et aller plus loin dans l'espace signifie une méthode moins directe. Même s’ils se sont révélés d’une précision étonnante, il existe toujours un facteur d’incertitude, exprimé en pourcentage. Par exemple, si vous deviez mesurer la distance d'un objet à 200 miles de distance jusqu'à une valeur réelle de 2 miles, alors vous avez mesuré avec une précision de 1%. Cosmiquement parlant, seulement quelques centaines d'étoiles et une poignée d'amas d'étoiles sont en fait assez proches pour que leurs distances soient prédites avec précision. Ils résident dans la Voie lactée et ne sont qu'à quelques milliers d'années-lumière. BOSS le pousse à l'extrême… ses mesures vont bien au-delà de nos frontières galactiques, plus d'un million de fois plus loin, et cartographie l'Univers avec une précision inégalée.
Grâce à ces nouvelles mesures de distance très précises, les astronomes BOSS progressent dans le domaine de l'énergie sombre. «Nous ne comprenons pas encore ce qu'est l'énergie noire», a expliqué Eisenstein, «mais nous pouvons mesurer ses propriétés. Ensuite, nous comparons ces valeurs à ce que nous attendons qu'elles soient, compte tenu de notre compréhension actuelle de l'univers. Meilleures sont nos mesures, plus nous apprenons. »
Comment ça se passe? Réaliser une mesure d'un pour cent à six milliards d'années-lumière n'est pas aussi simple que de mesurer un objet du système solaire, ou même un objet contenu dans notre galaxie. C’est là que le BOSS entre en jeu. C'est le plus grand des quatre projets qui composent le Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), et a été construit pour tirer parti de cette technique: mesurer les soi-disant «oscillations acoustiques baryoniques» (BAO), subtiles ondulations périodiques dans la distribution des galaxies dans le cosmos. Ces ondulations sont la signature d'ondes de pression qui ont traversé le début de l'Univers à une époque où les choses étaient si chaudes et si denses que les photons marchaient avec les baryons - l'étoffe qui crée les noyaux des atomes. Puisque la taille de l'ondulation est connue, cette taille peut maintenant être mesurée en cartographiant les galaxies.
"Avec ces mesures de galaxies, la nature nous a donné une belle règle", a déclaré Ashley Ross, astronome de l'Université de Portsmouth. «La règle mesure un demi-milliard d'années-lumière, nous pouvons donc l'utiliser pour mesurer des distances avec précision, même de très loin.
En utilisant son instrumentation spécialisée qui peut faire des mesures détaillées d'un millier de galaxies à la fois, BOSS a relevé un énorme défi: cartographier l'emplacement de plus d'un million de galaxies. "Par une nuit claire où tout se passe parfaitement, nous pouvons ajouter plus de 8000 galaxies et quasars à la carte", a déclaré Kaike Pan, qui dirige l'équipe d'observateurs du télescope de 2,5 mètres de la Fondation Sloan du SDSS-III à l'observatoire Apache Point à Nouveau Mexique.
Bien que l'équipe de recherche BOSS ait présenté ses premières cartes des galaxies et commencé les mesures BAO il y a un an, ces nouvelles données couvrent deux fois plus de territoire et donnent une mesure encore plus précise - y compris celles des galaxies voisines. «La réalisation de ces mesures à deux distances différentes nous permet de voir comment l'expansion de l'univers a changé au fil du temps, ce qui nous aidera à comprendre pourquoi elle s'accélère», a expliqué l'astronome de l'Université de Portsmouth, Rita Tojeiro, qui copréside le clustering de la galaxie BOSS groupe de travail avec Jeremy Tinker de l'Université de New York.
Mariana Vargas-Magana, chercheuse postdoctorale à l'Université Carnegie Mellon, mène également une étude similaire. Pour permettre encore plus de précision, elle étudie les effets subtils qui pourraient influencer les mesures BOSS. "Lorsque vous essayez d'atteindre un pour cent, vous devez être paranoïaque à propos de tout ce qui pourrait aller même un peu mal", a déclaré Vargas-Magana - par exemple, de légères différences dans la façon dont les galaxies ont été identifiées auraient pu perturber toute la mesure de leur distribution, de sorte que différentes parties du ciel devaient être soigneusement vérifiées. "Heureusement", a déclaré Vargas-Magana, "il y a beaucoup de gens prudents dans notre équipe pour vérifier nos hypothèses. Au moment où ils sont tous satisfaits, nous sommes sûrs de n'avoir rien raté. »
À l'heure actuelle, ces nouvelles découvertes de BOSS sembleraient cohérentes avec ce que nous considérons comme une forme d'énergie sombre - une constante trouvée tout au long de l'histoire de l'Univers. Selon le communiqué de presse, cette «constante cosmologique» est l'un des six nombres requis pour créer un modèle qui coïncide avec l'échelle et la structure de l'Univers. Schlegel compare ce modèle à six chiffres à une vitre, qui est fixée en place par des boulons qui représentent différentes mesures de l'histoire de l'Univers. "BOSS a maintenant l'un des boulons les plus serrés, et nous venons de lui donner un autre demi-tour", a déclaré Schlegel. "Chaque fois que vous augmentez la tension et que le verre ne casse pas, c'est un succès pour le modèle."
Source de l'histoire originale: communiqué de presse Sloan Digital Sky Survey III. Pour en savoir plus: Communiqué de presse de l'Institut Max Planck.
