mardi 13 novembre 2012

Quand l'Expansion de l'Univers Ralentissait : Première Mesure Directe

Cela fait environ 5 milliards d'années que l'expansion de l'Univers s'accélère, grâce à (ou à cause de) la mystérieuse énergie noire. Dans un article publié aujourd'hui en preprint sur ArXiv et à paraître sous peu dans Astronomy&Astrophysics, des astrophysiciens français et américains publient pour la première fois un résultat de la mesure du taux d'expansion de l'Univers à une époque très reculée, juste 3 milliards d'années après le BigBang. Et ils montrent qu'à cette époque là, l'Univers ne s'était pas encore "libéré" de la gravitation : son expansion ralentissait...

C'est grâce à une nouvelle technique, un peu similaire à celle employée par les astronomes américains qui ont dénombré toutes les étoiles via leur lumière fossile que cette mesure a pu être effectuée : les français et leurs collègues ont utilisé eux aussi la lumière puissante de phares lointains (des quasars en l'occurence), qui leur a permis de mesurer la quantité d'hydrogène située entre les quasars en question et nous.

C'est en mesurant le spectre de ces quasars en spectrographie que l'on parvient à voir toute une forêt de raies d'absorption caractéristiques de l'hydrogène intergalactique (les raies Lyman alpha).

Principe de la mesure (quasars en rouge) [LBNL]
Le programme scientifique dont est issue cette mesure est le Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), qui utilise le télescope de 2.5 m de la Sloan Foundation. La quantité de gaz ainsi calculée à l'aide de plusieurs dizaines de milliers de quasars permet ensuite de créer une véritable carte des étendues gazeuses en trois dimensions de l'Univers distant avec une grande précision.

 Cette nouvelle mesure est fondée sur les données du BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) qui est l'un des quatres surveys de SDSS-III. Il met en oeuvre les techniques développées depuis 2005 qu'on appelle les oscillations baryoniques acoustiques (ou BAO), ou comment des toutes petites variations dans la distribution de matière de l'univers très primordial permettent de comprendre la taille de l'Univers à différentes époques de son histoire.
Il était impossible d'observer des galaxies ultra-lointaines de part leur très faible luminosité, c'est donc vers le gaz intergalactique que ce sont tournés les astrophysiciens français et leurs collègues américains.

Toute la difficulté consiste à reconstruire une quantité de données en une dimension (les lignes de visées des milliers de quasars utilisés) pour en faire une carte en trois dimensions.
Et dans cette nouvelle mesure, ce sont pas moins de 50000 quasars qui ont été utilisés. Alors que la précédente étude du même genre, qui en utilisait que 10000, n'avait pas pu déceler les variations de BAO, celle-ci offre enfin une belle vision des Oscillations Acoustiques Baryoniques! Timothée Delubac, du CEA et membre de l'équipe dit :"Nous ne regardions qu'à des échelles auxquelles nous nous attendions à ne pas voir de BAOs, mais quand nous nous sommes focalisés sur la bonne échelle, nous avons vécu un moment de grande excitation : le pic de BAO était là, devant nous, exactement là où il aurait dû être si l'énergie noire était une constante de l'espace lui-même!".
Évolution du taux d'expansion mesuré (BOSS Lyman-alpha team, LBNL)
 
Cette nouvelle mesure du pic de BAO, combinée avec d'autres mesures du même pic d'oscillations à d'autres époques cosmiques, permet de dessiner très précisément comment a évolué l'Univers dans le temps. 
Et l'image est conforme avec les théories en vigueur aujourd'hui : l'énergie noire est une partie de l'espace à part entière. Peut-être que le plus fascinant dans cette mesure, c'est qu'elle permet de voir pour la première fois comment agissait l'énergie noire avant que ne commence l'accélération actuelle de l'expansion.
Les mesures de BOSS montrent très clairement que l'expansion ralentissait il y a 11 milliards d'années, du fait de l'attraction mutuelle de toutes les galaxies de l'Univers. Et quand l'Univers s'est étendu, la force répulsive - constante - associée à cette fameuse énergie noire à commencé à dominer sur la force de gravitation, et l'expansion à devenir constante durant un temps très court puis accélérant à jamais... (?)

SDSS-III n'en a pas fini pour autant, il poursuit sa collecte de lumières diverses avec au menu plus d'un million et demi de galaxies et plus de 160000 quasars... Il aura permit de transformer la technique innovante de "la forêt Lyman alpha" en une technique standard pour étudier l'Univers lointain.

Pour tout savoir sur les Oscillations Acoustiques Baryoniques, voir : BAO - Un étalon Cosmique (Sortir de Diaspar)