Un grand pas en avant pour étudier l'un des grands mystères de l'astronomie du XXIe siècle

Une équipe scientifique internationale à laquelle participent plusieurs chercheurs du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM: CNRS/Université de Provence/ OAMP - INSU) vient de mettre en œuvre une nouvelle méthode d'observation permettant de faire un progrès important pour étudier la nature de cette mystérieuse composante appelé "énergie noire", responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers.

La matière ordinaire qui constitue les étoiles, les planètes, les poussières et nous-même, ne représente qu'une infime fraction du contenu masse/énergie de l'Univers. En effet, la quantité de "matière noire" est bien plus importante (environ 4 fois plus) et, bien qu'invisible, elle est détectable par son attraction gravitationnelle. De même, cette matière noire est dominée par l'"énergie noire", qui est aussi invisible mais, contrairement à la matière noire, est répartie de manière diffuse dans l'Univers tout entier. De plus, l'énergie noire aurait un effet de répulsion gravitationnelle. Les scientifiques pensent que cette énergie serait donc la cause de l'accélération récente de l'expansion de l'Univers.

De ce fait, l'étude de la nature de la matière noire et de l'énergie noire représente un des grands défis de l'astronomie du XXIe siècle. Toutefois, l'étude de quelque chose d'invisible est loin d'être évidente. Actuellement, il y a peu de programmes dédiés à l'étude de l'énergie noire et encore moins de programmes capables de la mesurer avec précision.

Aussi, afin de faire progresser notre connaissance de l'énergie noire, une équipe internationale de chercheurs a développé une nouvelle méthode d'observation très prometteuse. "Nous savons que l'énergie noire est caractérisée par la relation entre sa pression et sa densité. Notre objectif était donc d'essayer de quantifier cette relation. Nous avons pour ce faire mesuré les propriétés de lentille gravitationnelle de l'amas de galaxies Abell 1689," précise Eric Jullo (JPL Caltech et Laboratoire d'Astrophysique de Marseille), le premier auteur de l'article scientifique présentant ces travaux dans la revue Science du 20 août 2010.


Le phénomène des lentilles gravitationnelles était prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Cette équipe s'est ici appuyée sur ce phénomène pour étudier comment l'Espace-Temps est déformée par l'énergie noire. Dans un amas de galaxies très massif, l'attraction gravitationnelle est si forte qu'elle dévie la lumière provenant de galaxies très lointaines, produisant ainsi des images multiples et distordues de ces objets lointains, c'est ce que l'on appelle une lentille gravitationnelle. La puissance déformante de ces "lentilles célestes" est proportionnelle à la masse de l'amas et à la distance de l'objet en arrière-plan. C'est comme un miroir déformant, la déformation de votre reflet dépend de la forme du miroir et de la distance qui vous en sépare.

Ainsi, par la connaissance de la répartition de la masse de la lentille et de la position des images déformées des objets d'arrière-plan, il est possible de déterminer le parcours suivi par la lumière, depuis les objets d'origine jusqu'à nos yeux. "En recomposant le chemin de la lumière des différents objets, situés à différentes distances, nous pouvons déduire un certain nombre d'informations sur la vitesse de l'expansion de l'Univers à différentes époques qui dépend de la nature de l'énergie noire," déclare Jean-Paul Kneib, chercheur au LAM et coauteur de l'article scientifique.

La géométrie, le contenu et l'évolution de l'Univers sont intimement liés. Si l'on connaît deux de ces données, il est possible d'en déduire la troisième. " Nous connaissons assez bien le contenu de l'Univers, aussi, si nous arrivons à mieux connaître sa géométrie nous serons capables de déterminer de manière précise son évolution au cours du temps" dit Carlo Schimd, chercheur au LAM, un autre membre de l'équipe.

Toutefois, le développement de cette méthode a nécessité de nombreuses et méticuleuses étapes. Il a fallu plusieurs années pour mesurer précisément les distances et développer les modèles mathématiques nécessaires à la cartographie précise de la matière noire et de la matière visible constituant la masse de l'amas Abell 1689, un prérequis pour la mesure des propriétés de l'énergie noire.

"En utilisant cette méthode, combinée avec d'autres, nous avons obtenu des résultats bien plus précis que tous ceux obtenus jusqu'à présent. Cela nous a permis d'obtenir des mesures sur les paramètres de l'équation d'état de l'énergie noire et donc sur l'accélération de l'expansion de l'Univers, ," déclare Marceau Limousin, chercheur au LAM, également membre de l'équipe.

L'intérêt principal de cette étude est de proposer une méthode totalement inédite pour obtenir des informations sur cette mystérieuse énergie noire. Et, même si ce n'est pas la seule tentative pour comprendre la nature de l'énergie noire, c'est actuellement l'une des plus prometteuses, notamment dans la perspective des prochaines observations avec le télescope spatial Hubble et son successeur, le JWST.


Pour en savoir plus: Photos et vidéo sur le site du télescope spatial Hubble.


Source(s):
"Cosmological Constraints from Strong Gravitational Lensing in Clusters of Galaxies". Eric Jullo, Priyamvada Natarajan, Jean-Paul Kneib, Anson D'Aloisio, Marceau Limousin, Johan Richard, Carlo Schimd. Science 20/08/2010.