Nouveaux résultats d’une analyse gravitationnelle dans l’univers

La force de gravité a façonné l’univers. La nature de l’attraction gravitationnelle a transformé les minuscules différences dans la quantité de matière dans l’univers primitif en vastes filaments de galaxies que l’on peut observer aujourd’hui.

Une nouvelle étude utilisant les données de l’instrument spectroscopique de l’énergie sombre (DESI) a cartographié la croissance de ces structures au cours des onze milliards d’années écoulées et a effectué la vérification la plus précise de la force de gravité de l’histoire à grande échelle.

DESI est une collaboration internationale de plus de neuf cents scientifiques provenant de plus de soixante-dix institutions à travers le monde, gérée par le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) du Département de l’énergie des États-Unis.

Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont découvert que la gravité se comporte exactement comme le prédit la théorie de la relativité générale d’Einstein. Ces résultats confirment le modèle actuel de l’univers et décrivent les théories possibles de la gravité modifiée, qui avaient été proposées comme explications alternatives à des observations inattendues, telles que l’expansion accélérée de l’univers, généralement attribuée à l’énergie sombre.

Le chercheur Héctor Gil Marín, de la Faculté de physique et de l’Institut des sciences du cosmos de l’Université de Barcelone (ICCUB), a codirigé cette nouvelle analyse et commente que « ces données nous permettent d’étudier la rapidité avec laquelle les plus grandes structures se sont formées. du cosmos, pour poser ainsi des limites à la théorie de la gravitation d’Einstein à des échelles cosmologiques bien supérieures à celles du système solaire. Le chercheur, qui est également membre de l’Institut d’études spatiales de Catalogne (IEEC), ajoute que “les résultats, pour l’instant, correspondent parfaitement aux prédictions de la théorie de la relativité générale d’Einstein”.

L’instrument spectroscopique d’énergie noire DESI image le ciel nocturne. (Photo : KPNO / NOIRLab / NSF / AURA / T. Slovinsky)

L’étude fournit également une nouvelle limite supérieure sur la masse des neutrinos, seules particules élémentaires dont la masse n’a pas encore été mesurée. Des expériences antérieures ont révélé que la somme des masses des trois types de neutrinos devrait être d’au moins 0,059 eV/c2 (à titre de comparaison, celle de l’électron est de 511 000 eV/c2). Les résultats du DESI indiquent que cette somme doit être inférieure à 0,071 eV/c2, laissant une fenêtre très étroite pour les valeurs possibles des masses des neutrinos.

Avec seulement une année de données, DESI a réalisé les mesures mondiales les plus précises de la croissance des structures et a surpassé tous les résultats précédents, qui avaient nécessité des décennies d’efforts continus.

L’analyse complexe des données a été réalisée avec près de six millions de galaxies et de quasars situés à des distances variant entre mille et onze milliards d’années-lumière de la Terre.

Les nouveaux résultats sont une analyse approfondie des données de la première année de DESI, qui a présenté en avril la plus grande carte 3D de l’univers à ce jour et a trouvé des signes indiquant que l’énergie sombre pourrait évoluer au fil du temps. Les résultats publiés se sont ensuite concentrés sur une propriété particulière de la répartition spatiale des galaxies, connue sous le nom d’oscillations acoustiques baryoniques (BAO). Cette nouvelle analyse intègre toutes les informations contenues sous forme de spectre de puissance et élargit la portée de ce qui précède pour extraire davantage d’informations des données, permettant ainsi de mesurer la distribution des galaxies et de la matière à différentes échelles spatiales. L’étude a nécessité des mois de travail et des contrôles supplémentaires. Comme dans le cas précédent, ses auteurs ont utilisé une technique d’analyse aveugle qui cache les résultats jusqu’au bout, pour atténuer tout biais.

Eusebio Sánchez, chercheur au Centre de recherche énergétique, environnementale et technologique (CIEMAT) en Espagne, qui a collaboré à l’analyse des données, reconnaît que « les résultats obtenus avec la première année de données DESI sont vraiment éblouissants ». Et il précise que “ce n’est qu’un début, car le projet continue d’obtenir davantage de données, ce qui améliorera considérablement les connaissances actuelles sur la gravité et l’énergie noire”.

DESI est un instrument puissant capable de capter la lumière de cinq mille galaxies à la fois et de déterminer leurs spectres. Il a été construit et est utilisé grâce au financement du Bureau des sciences du Département américain de l’énergie (DOE). DESI, dans le cadre d’un programme NOIRLab de la National Science Foundation (NSF) des États-Unis, est situé à l’observatoire national de Kitt Peak, en particulier sur le télescope Nicholas U. Mayall, qui possède un miroir d’un diamètre de quatre mètres. L’expérience en est actuellement à la quatrième d’une période de cinq années de collecte de données prévue, et l’objectif est d’avoir cartographié quelque quarante millions de galaxies et de quasars d’ici la fin du projet.

La collaboration analyse déjà les données des trois premières années, et de nouveaux résultats devraient être présentés au printemps 2025 et mettre à jour les mesures existantes de l’énergie noire et l’histoire de l’expansion de l’univers. Les résultats présentés maintenant concordent avec ceux d’études précédentes qui soulignaient la probabilité que l’énergie noire évolue au fil du temps.

Hui Kong, chercheur postdoctoral à l’Institut de physique des hautes énergies (IFAE) qui a travaillé à la préparation des catalogues de galaxies, explique que “la répartition des galaxies suggère la présence de matière noire et d’énergie, qui sont en grande partie un mystère pour nous”. nous. “Cependant, les mesures précises fournies par DESI offrent des informations prometteuses sur ces questions fondamentales sur l’univers.”

Du côté espagnol, le Centre de recherche énergétique, environnementale et technologique (CIEMAT), l’Institut des sciences spatiales (ICE, dépendant du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC)), l’ICCUB, l’Institut de physique des hautes énergies ( IFAE), l’Institut d’Astrophysique d’Andalousie (IAA), l’Institut d’Astrophysique des Îles Canaries (IAC) et l’Institut de Physique Théorique (IFT, centre mixte de l’Université Communauté autonome de Madrid (UAM) et CSIC). (Source : Université de Barcelone)