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Les scientifiques ont consacré cinq années à collecter les mesures de 1.2 millions de galaxies sur un quart de notre ciel. Les informations obtenues leur ont permis de cartographier la structure de l'Univers au-delà d'un volume cubique de 640 milliards d'années-lumière et de réaliser les meilleures mesures jamais obtenues sur l'énergie sombre impliquée dans l'expansion de l'Univers. Cette étude a été menée grâce au programme BOSS (2) mis en place par le consortium Sloan Digital Sky Survey-III (SDSS-3) (3).
Une portion de la carte à grande échelle de l'univers réalisée par la collaboration SDSS III. Chaque point indique la position d'une galaxie située à six milliards d'années dans le passé. L'image couvre environ 1/20ème du ciel, une tranche de l'univers d'une largeur de 6 milliards d'années-lumière, d'une hauteur de 4,5 milliards d'années-lumière et d'une profondeur de 500 millions d'années-lumière. La couleur indique la distance avec la Terre: allant du jaune pour les galaxies les plus proches au pourpre pour les plus éloignées. L'image révèle des superamas et des vides qui se sont créés dans la première fraction de seconde après le Big Bang. Cette image contient 48 741 galaxies, environ 3% de l'ensemble des données de l'enquête. Les tâches grises représentent des petites régions qui n'ont pas fourni de données. Image © Daniel Eisenstein and SDSS-III.
Avec le programme BOSS, les scientifiques ont pu redessiner la subtile empreinte laissée par l'oscillation acoustique des baryons (BAO), visible dans la distribution des galaxies, sur une période allant de 2 à 7 milliards d'années dans le passé. Les oscillations acoustiques des baryons, qui résultent du couplage étroit entre baryons et photons pendant la période la plus chaude et dense de l'Univers, se propagent sous forme d'ondes sonores dans le plasma primordial et laissent des empreintes dans la structure de l'Univers.
Un résultat conforme à la théorie générérale d'Einstein
Déterminer l'échelle de propagation des ondes sonores à travers l'histoire cosmique donne un outil permettant de calculer le taux d'expansion de l'Univers. Ainsi, grâce aux mesures effectuées, l'exacte quantité de matière noire et d'énergie sombre permet d'être estimée en se basant sur les données fournies par BOSS.
La carte révèle également la signature distinctive d'un mouvement cohérent des galaxies vers les régions de l'Univers qui contiennent le plus de matière, en raison de la force d'attraction due à la gravité. Ces résultats sont conformes à la théorie de la relativité générale d'Einstein, et permettent de soutenir l'idée que l'accélération du taux d'expansion serait bien causée par un phénomène à plus grande échelle cosmique, telle que l'énergie sombre, plutôt que de nous amener à reconsidérer notre théorie de la gravitation.
Un article décrivant ces résultats a été soumis en juillet aux Monthly Notices of the Royal Astronomical Society d'Oxford. Des chercheurs de deux laboratoires de l'IN2P3 ont participé à la publication de ces derniers résultats: le Centre de physique des particules de Marseille (CPPM) et le Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (LPNHE).
Laboratoires et instituts impliqués dans le consortium SDSS-III:
- Laboratoire Astroparticules et cosmologie (APC, CNRS/Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris)
- Centre de physique des particules de Marseille (CPPM, CNRS/Aix-Marseille Université)
- Laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (LPNHE, CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris Diderot)
- Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu, CEA)
- Institut d'Astrophysique de Paris, Université Paris (IAP, CNRS/Université Pierre et Marie Curie)
- Institut Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules (UTINAM, CNRS/Université de Franche-Comté)
Notes
(1) La cosmologie observationnelle a conduit au modèle de concordance, qui décrit l'Univers comme composé de 5% de matière baryonique, 20% de matière noire et 75% d'énergie noire.
(2) L'expérience BOSS se propose de cartographier la distribution tridimensionnelle de 1.5 millions de galaxies rouges (LRG) entre 0.2 < z < 0.8, fournissant une mesure définitive de l'échelle des oscillations acoustiques à bas redshift (z < 0.7).
(3) SDSS-I a été le pionnier de cette nouvelle méthode de mesure précise de l'histoire cosmique de l'Univers, avec la découverte de la signature des oscillations acoustiques dans le regroupement des galaxies.
Référence bibliographique S. Alam et al., "The clustering of galaxies in the completed SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: cosmological analysis of the DR12 galaxy sample"
Contact chercheur
- Stephanie Escoffier (CPPM)