Les observations préliminaires faites par le Instrument spectroscopique d'énergie noire (DESI) suggèrent que l’accélération de l’expansion de l’univers n’a pas été constante – en d’autres termes, l’énergie noire a changé au cours de l’histoire de l’univers.
Au tournant du millénaire, les astronomes ont découvert que l’univers s’étendait à un rythme toujours plus rapide. Cela a été un choc pour la plupart des cosmologistes qui pensaient que l’attraction gravitationnelle ralentissait l’expansion de l’univers après le Big Bang.
En 1998 et 1999, deux équipes indépendantes ont découvert l'accélération en mesurant les distances jusqu'aux anciennes supernovae et la vitesse à laquelle elles s'éloignent de la Terre. L’énergie noire – terme inventé en 1998 – a été invoquée pour fournir la grande quantité d’énergie nécessaire à cette accélération constante. Trois dirigeants de ces équipes se sont partagé le prix Nobel de physique 2011 pour cette découverte, et au cours du dernier quart de siècle, diverses observations ont soutenu l'inclusion de l'énergie noire dans le modèle standard de la cosmologie.
Maintenant, un autre choc pourrait survenir grâce au DESI, conçu pour étudier l’expansion de l’univers.
Fibres optiques robotisées
DESI est situé sur le télescope Nicholas U Mayall de l'observatoire national de Kitt Peak en Arizona. Il comprend des milliers de fibres optiques contrôlées par des robots qui envoient de la lumière à un ensemble de spectrographes. Cela a permis à DESI de dresser une carte détaillée des galaxies et des quasars de l'univers. Les données spectroscopiques fournissent une mesure de la vitesse à laquelle une galaxie s'éloigne de nous, qui est déterminée par le redshift d'une galaxie.
La clé de l'étude de DESI sur l'énergie sombre est que les galaxies ne sont pas uniformément réparties dans tout l'univers, mais sont plutôt concentrées dans des régions semblables à des bulles entourées d'un espace plus vide. Ceci est le résultat de la façon dont l’univers primitif s’est étendu et s’est refroidi. Le processus a commencé avec un plasma chaud à travers lequel les ondes sonores se sont propagées, créant des zones de haute et faible densité appelées oscillations acoustiques baryoniques (BAO).
Finalement, ce plasma a « gelé » pour créer le gaz qui allait former les premières étoiles et galaxies. Des bulles de galaxies avaient tendance à se former dans les régions denses créées par BAO, et celles-ci se sont développées avec l'univers. Par conséquent, la taille d’une bulle galactique indique aux astronomes quel âge elle avait lorsqu’elle nous a envoyé sa lumière. L’équipe a également utilisé la lumière d’anciens quasars pour éclairer le BAO, leur permettant ainsi de remonter plus loin dans le temps que ne le permettaient les mesures de la galaxie.
Des indices alléchants
En rassemblant les informations spectroscopiques et BAO, l'équipe DESI a pu déterminer le taux d'expansion de l'univers à sept moments différents au cours des 11 derniers milliards d'années. Bien que leurs observations concordent globalement avec une valeur constante de l’énergie noire, les scientifiques du DESI ont signalé des indices alléchants d’une certaine déviation.
"Jusqu'à présent, nous constatons un accord fondamental avec notre meilleur modèle de l'univers, mais nous constatons également des différences potentiellement intéressantes qui pourraient indiquer que l'énergie noire évolue avec le temps", explique le directeur du DESI. Michel Lévi, basé au Lawrence Berkeley National Laboratory aux États-Unis. "Ceux-ci peuvent ou non disparaître avec plus de données, nous sommes donc ravis de commencer bientôt à analyser notre ensemble de données sur trois ans."
Une nouvelle théorie relie les trous noirs supermassifs et l'énergie noire
Plus précisément, l’équipe a constaté que ses observations concordent avec une énergie sombre variant avec le temps. Cependant, la signification statistique de l’écart est un peu meilleure que 3σ – ce qui signifie qu’il y a environ 0.2 % de chances que l’observation soit un hasard statistique. En cosmologie et dans certains autres domaines de la physique, une signification de 5σ est requise pour une découverte.
Ces observations ont été faites au cours de la première année de fonctionnement de DESI, qui devrait étudier l'univers pendant au moins cinq ans.
"Il est étonnant qu'avec seulement notre première année de données, nous puissions déjà mesurer l'histoire de l'expansion de notre univers à sept tranches différentes du temps cosmique, chacune avec une précision de 1 à 3 %", déclare l'étude de Berkeley. Nathalie Palanque-Delabrouille. « L’équipe a déployé un travail considérable pour tenir compte des subtilités de la modélisation instrumentale et théorique, ce qui nous donne confiance dans la robustesse de nos premiers résultats. »
En plus d'apporter un nouvel éclairage sur l'expansion de l'univers, DESI a également fourni de nouvelles informations sur la masse du neutrino.
Les observations de BAO sont décrites dans une prépublication sur arXiv. Des publications connexes peuvent être trouvées ici.
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- La source: https://physicsworld.com/a/baryon-acoustic-oscillations-hint-that-dark-energy-may-have-changed-over-time/
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