Nouvelles lumières sur la face obscure de l'Univers - L'atelier

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Cette actualité a été publiée le 04/10/2011 à 21h25 par Kannie.


NOUVELLES LUMIÈRES SUR LA FACE OBSCURE DE L'UNIVERS

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Nouvelles lumières sur la face obscure de l'Univers

 

Comme les captifs de la caverne de Platon ne percevant que l'apparence des choses, nous sommes, face à l'Univers, pareils à des aveugles avançant à tâtons. Plongés dans un noir presqu'absolu. Ce que nous connaissons du monde, ce que nous en voyons (avec nos yeux ou avec des télescopes) ne représente que 4 % de sa matière totale. Tout le reste, invisible, nous demeure parfaitement inconnu.

Sans dissiper le mystère, une étude française décrit, dans la revue Nature du 25 novembre, une méthode originale permettant de le cerner de plus près.

C'est par leurs effets gravitationnels que des constituants cachés de l'Univers se sont révélés aux astrophysiciens et aux cosmologistes. Aux côtés de la matière ordinaire existent, en bien plus grandes quantités, d'une part une "matière noire", d'autre part une "énergie sombre", qui forment respectivement environ un quart et trois quarts du cosmos.

La première explique pourquoi les galaxies tournent plus vite autour de leur centre que le laisse prévoir, par calcul, leur masse apparente.

L'hypothèse qui tient aujourd'hui la corde est que cette matière noire serait faite de particules nées avec le Big Bang, voilà 13,7 milliards d'années, et encore jamais observées : les wimps (weakly interactive massive particles). Celles-ci, très massives mais interagissant très peu avec leur environnement, formeraient un halo autour des galaxies.

La seconde permet de comprendre pourquoi l'expansion de l'Univers, résultat de l'explosion originelle du Big Bang, s'accélère.

Jusqu'à il y a peu, les astrophysiciens pensaient que cette expansion, découverte dans les années 1920 par l'astronome américain Edwin Hubble, était appelée à se ralentir, sous l'effet de la gravitation par laquelle les masses s'attirent entre elles.

Mais, en 1998, deux recherches indépendantes ont montré, par l'observation de supernovae lointaines (des déflagrations d'étoiles), que la dilatation de l'Univers, loin de décélérer, est au contraire de plus en plus rapide.

Seule explication : l'existence d'une énergie masquée, agissant comme une force répulsive et plus puissante que la gravitation.

"Si la matière noire est une énigme, l'énergie sombre est une énigme au carré", dit Christian Marinoni, chercheur au Centre de physique théorique de Marseille (CNRS-université de Provence), coauteur avec Adeline Buzzi de la nouvelle étude.

Cette énergie du vide, qui n'a pas d'effet gravitationnel local, mais agit à l'échelle de l'Univers entier, a la propriété de ne pas se "diluer" au fur et à mesure que celui-ci s'étend. Elle y reste distribuée de façon homogène, avec toujours la même densité, dans l'espace comme dans le temps.

Diverses méthodes ont déjà été utilisées pour mesurer l'accélération de l'expansion cosmique et, ainsi, quantifier l'énergie sombre. Elles reposent sur le décalage vers le rouge (le redshift) du spectre de lumière émis par des objets célestes qui s'éloignent. Les deux chercheurs proposent, eux, une solution géométrique.

Elle s'appuie sur une idée émise, voilà une trentaine d'années, par les théoriciens américain et polonais Charles Alcock et Bohdan Paczynski.

La théorie, explique Christian Marinoni, est que "l'énergie sombre doit laisser une empreinte géométrique spécifique sur l'apparence des objets cosmiques qui peuplent l'Univers".

Ceux-ci n'apparaissent pas, sous l'oeil des télescopes et des spectroscopes, tels qu'ils sont réellement, mais déformés par la géométrie de l'espace et par le processus d'expansion.

Le problème revient alors à "la résolution d'un exercice de géométrie sur une feuille de papier invisible qui serait courbée et étirée en permanence dans toutes les directions". A partir de la forme observée, il doit être possible, connaissant la forme originelle, d'en déduire la courbure et l'étirement de la feuille.

Plus facile à dire qu'à faire. Si l'on essaie de mesurer la déformation d'un amas de galaxies (l'écart entre sa forme réelle, sphérique, et sa forme apparente, ellipsoïdale), les résultats sont parasités par les vitesses propres de ces formations galactiques et par leurs distorsions internes, dues à des phénomènes de gravitation locale.

Pour contourner la difficulté, les deux géomètres de l'espace se sont focalisés sur des paires de galaxies lointaines en orbite l'une autour de l'autre. Plus exactement, sur l'axe imaginaire reliant les deux membres de ces couples.

L'orientation de cet axe est totalement aléatoire, mais pas son orientation apparente car celle-ci, mesurée avec le décalage vers le rouge des deux parties du binôme, est biaisée par la géométrie de l'espace et l'expansion de l'Univers.

L'étude des données fournies par deux programmes de cartographie du ciel (le Sloan Digital Sky Survey et le DEEP2 Survey), sur quelque 1 200 paires de galaxies, montre que cet axe est, par rapport à un observateur terrestre, préférentiellement orienté dans sa ligne de visée.

C'est la preuve que l'image du système composé par les deux galaxies est déformée par l'expansion de l'Univers. En analysant l'amplitude de cette déformation, les chercheurs ont pu calculer que l'énergie sombre constitue entre 60 % et 80 % du cosmos.

Cette estimation n'a rien d'une révélation. D'autres méthodes avaient déjà avancé le chiffre de 73 %. Mais, souligne Christian Marinoni, "elle fournit la mesure la plus précise de la quantité d'énergie sombre dans l'Univers à partir d'une seule quantité observable".

Surtout, cette technique élégante a le mérite de ne pas faire appel à des hypothèses impossibles à vérifier directement. Elle pourrait être appliquée aux données issues des futures grandes cartographies galactiques.

L'approche est "nouvelle et imaginative", estime, dans un commentaire, Alan Heavens, de l'Institut d'astronomie de l'université d'Edimbourg (Ecosse). Toutefois, observe-t-il, certaines des données utilisées dans l'étude concernent des galaxies très lointaines, dont les images remontent donc à une période où l'Univers n'avait que la moitié de son âge actuel. Si bien qu'entre-temps, "les propriétés des paires de galaxies pourraient avoir changé". Et que la méthode devra donc être confirmée.

Ces nouvelles mesures semblent concorder avec toutes celles déjà disponibles, mais "plus vous avez de tests et mieux cela vaut".

Les deux auteurs ont aussi calculé le rapport entre la pression et la densité de l'énergie sombre. La valeur trouvée étaye l'idée que celle-ci pourrait être la fameuse constante cosmologique d'Einstein. Le génial physicien l'avait introduite dans ses équations sur la relativité générale, pour donner corps à sa conception d'un Univers statique, avant de se rétracter, allant jusqu'à parler de sa "plus grande bêtise". (...)
 

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Le site étrange qui dérange même les anges !

 

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Auteur : Pierre Le Hir

Source : www.lemonde.fr