Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université du Michigan met en lumière l’un des plus grands mystères de la science : l’énergie noire.
À l’aide des données d’un instrument hautement spécialisé utilisant des milliers de « petits yeux robotiques » pour observer le cosmos, les scientifiques ont retracé l’évolution des corps célestes et du réseau qui les relie (connu sous le nom de « structure cosmique ») au cours des 11 derniers milliards d’années.
La recherche a été menée à l’aide des données de l’instrument spectroscopique de l’énergie noire, ou DESI, en collaboration de plus de 900 chercheurs de plus de 70 institutions à travers le monde, dont l’UM, et gérée par le laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l’Énergie.
Huterer a déclaré que l’étude fournit le test le plus précis à ce jour de la gravité à très grande échelle. C’est passionnant pour les scientifiques qui s’efforcent de comprendre comment l’énergie noire et la gravité interagissent pour façonner l’espace.
“La nature de l’énergie noire est en fait considérée comme un mystère majeur dans toute la physique et l’astronomie, et il y a eu de nombreuses tentatives bien connues et totalement infructueuses pour l’expliquer théoriquement. Des milliers et des milliers d’articles ont été publiés sur ce sujet.” dit Huterer. “Les experts pensent qu’une nouvelle avancée théorique majeure sera probablement nécessaire pour comprendre l’énergie noire. Les découvertes du DESI constituent une étape importante dans cette quête visant à obtenir de meilleures mesures et, éventuellement, à comprendre ce qui se passe du point de vue théorique.”
L’analyse comprenait des informations provenant de près de 6 millions de galaxies et de quasars dont la lumière a été émise il y a entre 1 et 11 milliards d’années.
Les résultats de DESI valident le modèle phare de l’univers et limitent les théories possibles de la gravité modifiée. Les chercheurs ont découvert que la gravité se comporte comme le prédit la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.
“La relativité générale a été très bien testée à l’échelle des systèmes solaires, mais nous devions également vérifier que notre hypothèse fonctionne à des échelles beaucoup plus grandes”, a déclaré Pauline Zarrouk, cosmologue au Centre national de la recherche scientifique et travaillant au Laboratoire de Physique nucléaire et des hautes énergies, qui a codirigé la nouvelle analyse. “L’étude de la vitesse à laquelle les galaxies se sont formées nous permet de tester directement nos théories et, jusqu’à présent, nous nous alignons sur ce que prédit la relativité générale aux échelles cosmologiques.”
Développement du DESI
Gregory Tarlé, professeur émérite de physique à l’UM, a dirigé l’équipe qui a créé la robotique contrôlant avec précision la position de chacun des 5 000 yeux du DESI, qui collectent la lumière avec des fibres optiques.
“Nous contrôlons la position à un dixième du diamètre d’un cheveu humain”, a déclaré Tarlé. “Ces robots déplacent la position de la fibre avec une grande précision pour observer différentes galaxies et ils le font toutes les 15 à 20 minutes.”
Bien que l’étude du cosmos par DESI ait officiellement commencé en 2021, le processus d’approbation et de financement de l’instrument a commencé il y a plus de dix ans.
Il a été construit et est exploité grâce au financement de l’Office of Science du Département américain de l’énergie. DESI est monté sur le télescope Nicholas U. Mayall de 4 mètres de la National Science Foundation des États-Unis, à l’observatoire national de Kitt Peak, dans le comté de Pima, en Arizona.
“Après presque une décennie de travail, pour que tout fonctionne avec l’instrument et pour en tirer une véritable science, ça fait du bien”, a déclaré Tarlé.
Découvertes antérieures, avancées futures ?
Les récentes découvertes du DESI s’appuient sur les travaux annoncés en avril, lorsque DESI a réalisé la plus grande carte 3D de l’univers à ce jour et a révélé des indices selon lesquels l’énergie noire pourrait évoluer au fil du temps. Les résultats d’avril ont porté sur une caractéristique particulière de la façon dont les galaxies se regroupent.
La nouvelle analyse élargit la portée pour extraire davantage d’informations des données, en mesurant la manière dont les galaxies et la matière sont réparties à différentes échelles dans l’espace.
“La quantité de matière agglomérée – considérez-la comme” la quantité de douceur “- est différente lorsque vous observez l’univers à différentes échelles”, a expliqué Huterer. “Commencez, par exemple, par le système solaire. C’est extrêmement grumeleux, avec quelques planètes entourées d’un tas d’espace vide. Effectuez un zoom arrière sur notre galaxie, la Voie lactée, et c’est un peu plus lisse, mais toujours grumeleux avec des étoiles et de la poussière diffuse entre les deux. Zoomez maintenant beaucoup plus loin… et c’est assez fluide, cela ressemble peut-être à une toile d’araignée.
“La quantité de structure (cosmique) dépend de l’échelle à laquelle vous l’observez. DESI a la capacité de mesurer cette quantité de douceur en fonction de l’échelle, et d’en déduire des contraintes sur la matière noire, l’énergie noire et les neutrinos.”
DESI en est maintenant à sa quatrième année sur cinq à étudier le ciel. Les chercheurs prévoient de collecter des informations sur environ 40 millions de galaxies et de quasars d’ici la fin du projet.
Les scientifiques prévoient de partager une autre mise à jour sur leurs mesures de l’énergie noire et de l’histoire de l’expansion de l’univers au printemps 2025.
“La chose la plus importante reste l’énergie noire”, a déclaré Huterer. “Et ce n’est que la première salve d’analyse.”
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