L'Univers ne se contente pas de s'étendre, mais son expansion semble même prendre de la vitesse. Qu'est-ce qui provoque cette accélération, dissimulée pudiquement sous le terme d'énergie sombre ?
Une recherche menée dans le cadre du Dark Energy Survey (DES) offre des résultats inédits. Après six années d'observations réalisées avec la caméra DECam, installée sur le télescope Victor M. Blanco, les scientifiques ont pu analyser des informations portant sur des centaines de millions de galaxies. Cet ensemble de données couvre un huitième de la voûte céleste et sonde des époques remontant à des milliards d'années-lumière.
(Principal) les amas de galaxies en collision qui forment le Bullet Cluster, vu par DECam. (Encart) le télescope Victor M. Blanco, abritant DECam.
Crédit: CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/ Matsopoulos Afin d'appréhender ce phénomène, l'équipe a associé quatre approches distinctes. Elles intègrent l'observation de supernovas de type Ia, les effets de lentille gravitationnelle faible, la répartition des galaxies, ainsi que les oscillations acoustiques des baryons. Cette association de méthodes offre une vue plus globale de l'histoire cosmique.
Les mesures récoltées embrassent les six derniers milliards d'années. Les chercheurs ont ensuite confronté leurs résultats à deux modèles cosmologiques majeurs: le modèle standard LCDM, dans lequel l'énergie sombre est constante, et le modèle élargi wCDM, où elle peut se modifier. Les observations concordent avec ces deux cadres, tout en précisant notablement les contraintes pesant sur les effets attribués à l'énergie sombre.
Un paramètre montre cependant une divergence: la façon dont la matière s'agrège dans l'Univers récent. Les anticipations théoriques, calées sur les mesures de l'Univers primordial, ne coïncident pas parfaitement avec les observations actuelles. Cet écart paraît même se confirmer avec les nouvelles données, soulevant ainsi de nouvelles interrogations pour les cosmologues.
Dans le but de préciser ces résultats, le DES envisage de fusionner ses données avec celles du futur observatoire Vera C. Rubin. Son programme d'étude LSST, prévu sur une décennie, observera des milliards de galaxies additionnelles, fournissant une représentation encore plus fine de l'énergie sombre. Le directeur de programme à la NSF a précisé que Rubin autorisera de nouvelles expérimentations sur la nature de la gravité.
Les sondes cosmiques: comment observer l'expansion
Pour quantifier l'expansion de l'Univers, les astronomes utilisent plusieurs techniques complémentaires. L'une des plus connues repose sur les supernovas de type Ia. Leur luminosité intrinsèque standard en fait des repères de distance fiables, permettant de retracer l'évolution de la vitesse d'expansion. Leur étude a d'ailleurs été déterminante dans la mise en évidence de l'accélération cosmique.
Une autre méthode réside dans la lentille gravitationnelle faible. Quand la lumière issue d'une galaxie lointaine frôle un objet très massif, comme un amas de galaxies, son trajet est légèrement infléchi. L'examen de ces déformations permet d'estimer la quantité de matière, visible ou non, située sur la ligne de visée. Cela contribue à cartographier l'architecture à grande échelle du cosmos.
La distribution des galaxies et les oscillations acoustiques des baryons (BAO) constituent également des instruments de choix. Les BAO sont des traces fossiles d'ondes de pression ayant parcouru l'Univers primordial, figées environ 380 000 ans après le Big Bang. En mesurant les distances intergalactiques, ces oscillations servent d'étalon pour retracer l'expansion.
Le croisement de ces différentes sondes, à l'image du travail accompli par le Dark Energy Survey, offre une vision multidimensionnelle de l'Univers. Chaque technique présente ses atouts et ses faiblesses, mais leur combinaison permet d'éprouver les modèles cosmologiques avec une exactitude toujours plus grande.