Plusieurs communiqués font état de mise à la disposition de la communauté scientifique en cosmologie et astrophysique de la plus grande carte 3D haute résolution de notre Univers à ce jour. Elle a été rendue possible grâce au Dark Energy Spectroscopic Instrument (Desi) qui observait une partie de la voûte céleste depuis 2021 et qui devrait poursuivre ses observations jusqu'en 2028.

Lire l'article

Les résultats attendus des observations ont dépassé les attentes et la noosphère dispose donc maintenant d'une carte montrant plus de 47 millions de galaxies et de quasars. Ces galaxies se sont assemblées au cours du temps pour former des amas de galaxies et les amas de galaxies de filaments entourant des sortes de vides cosmiques nettement moins peuplés en galaxies.

Présentation par Françoise Combes de son cours 2016-2017 : « Énergie noire et modèles d'univers ». La cosmologiste et astrophysicienne explique la problématique de l'énergie noire, ses solutions possibles et les programmes d'observations prévues pour résoudre l'énigme de sa nature. © Collège de France

Un match entre la matière noire et l'énergie noire

Les observations de Desi s'apparentent à un carottage dans des strates de lumière montrant comment ces structures filamenteuses enlaçant des sortes de bulles ont évolué dans le temps en fonction de deux forces contradictoires : celle de l'énergie noire (ou énergie sombre, de l'anglais Dark Energy), qui accélère l'expansion du cosmos depuis un peu plus de 5 milliards d'années, et celle de la matière noire, dont le champ de gravité attracteur s'oppose à celui produit par l'énergie noire (ou plus exactement la fameuse constante cosmologique dans les équations d'Einstein, qui représente l'action de l'énergie noire) en attirant les galaxies dans les amas de galaxies et ceux-ci dans les filaments d'amas.

L'énergie noire est supposée en premier lieu constante dans le temps et l'espace, mais plusieurs théories relevant d'une nouvelle physique prévoient son évolution et selon ces caractéristiques, la carte dressée par Desi ne sera pas la même sur 11 milliards d'années d'histoire cosmique. On y trouve déjà des indices en ce sens, mais qui demandent à être confirmés dans les années à venir.

Une fine tranche de la carte issue du relevé quinquennal Desi révèle des galaxies et des quasars situés au-dessus et au-dessous du plan de la Voie lactée. La structure à grande échelle de l'Univers est visible sur l'agrandissement. La Terre se trouve au centre des secteurs, et la zone noire indique l'endroit où notre Galaxie masque des objets lointains. La lumière des galaxies les plus éloignées représentées a 11 milliards d'années lorsqu'elle atteint la Terre. Claire Lamman, Collaboration Desi

Dans le communiqué du NOIRLab, l'astronome Stephanie Juneau explique qu'« il est impossible de résumer tout ce qui a contribué au succès de Desi. Des concepteurs d'instruments et des ingénieurs logiciels aux techniciens, au personnel de l'observatoire et aux scientifiques - dont de nombreux jeunes chercheurs -, c'est un véritable travail d'équipe. En fin de compte, nous faisons cela pour toute l'humanité, afin de mieux comprendre notre Univers et son destin. Après avoir découvert des indices suggérant que l'énergie sombre pourrait dévier d'une constante, modifiant potentiellement ce destin, je retiens mon souffle tandis que nous analysons la nouvelle carte pour voir si ces indices seront confirmés. Je suis également très intrigué par les nombreuses autres découvertes que recèle ce nouvel ensemble de données ».

Une portion de la carte de la cinquième année du projet Desi, révélant la structure à grande échelle de l'Univers, créée par la gravité. Chaque point représente une galaxie. Les zones plus denses indiquent les régions où galaxies et amas de galaxies se sont regroupés pour former les filaments de la toile cosmique. On distingue également de vastes vides entre ces filaments. © Collaboration Desi et institutions membres de DESI/DOE/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor ; Traitement d'image : M. Zamani (NSF NOIRLab)

Pour aller un peu plus loin dans les explications, reprenons celles que nous avions déjà données dans un autre et précédent article.

Une énergie de nature élusive

Depuis la fin des années 1990, comme l'expliquait Françoise Combes dans la vidéo (voir plus haut), nous savons que l'Univers observable est en expansion accélérée depuis quelques milliards d'années, alors que le modèle cosmologique en vigueur avant cette fin de millénaire impliquait que cette expansion avait décéléré depuis environ 13 à 14 milliards d'années. Parmi les hypothèses avancées pour rendre compte de cette accélération qui s'exprime dans les équations d'Einstein du champ de gravitation par la présence d'un terme appelé la constante cosmologique, il y a celle où ce terme exprime la présence d'une densité d'énergie exotique baptisée énergie noire.

Lire l'article

Personne ne sait vraiment quelle serait l'origine de l'énergie noire. Deux théories principales sont généralement considérées, celle de l’énergie quantique du vide et celle de l'existence d'un nouveau champ de particules, analogue à celui du boson de Brout-Englert-Higgs. Contrairement à la première théorie où l'énergie noire ne peut pas changer dans le temps ni l'espace car étant une manifestation des fluctuations quantiques des champs sous contrôle des fameuses inégalités de Heisenberg, la densité d'énergie de ce nouveau champ, appelé un champ de quintessence en souvenir d'Aristote, peut varier dans l'espace et dans le temps.

L'instrument spectroscopique pour l’énergie noire Desi (Irfu, CEA) a vu sa « première lumière » il y a quelque temps déjà. Il permettra aux chercheurs d’interroger l’évolution de l’Univers et de la confronter à la réalité du modèle standard de la cosmologie. Ce dernier suppose l’existence d’une composante inconnue et jamais directement observée que les chercheurs appellent « énergie noire ». Explications. © CEA Sciences

L'énergie noire, la clé du destin de l'Univers ?

Si tel est bien le cas, le destin ultime du cosmos ne nous sera pas connu tant que nous ne connaîtrons pas la nature précise de la quintessence. En effet, de répulsive et entraînant donc une accélération de l'expansion, elle pourrait devenir attractive et provoquer dans un futur déterminable un effondrement de l'Univers observable pouvant peut-être (à nouveau ?) conduire à un rebond avec un nouveau Big Bang.

Pour tester toutes ces hypothèses il faut pouvoir mesurer suffisamment précisément, et sur une période d'au moins 12 milliards d'années, les valeurs de la vitesse d'expansion du cosmos observable. C'est ce que les astrophysiciens et cosmologistes ont entrepris de faire avec plusieurs projets dont la mission internationale Desi (Dark Energy Spectroscopic Instrument), menée par l'Université de Berkeley en Californie et qui regroupe 600 chercheurs dont ceux du CEA-Irfu, très impliqués à différents niveaux.

Comment percer les secrets de l'énergie noire ? Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Berkeley Lab