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 Une nouvelle lumière sur l'énergie sombre

Publié le 8 décembre 2008

En mesurant la distribution des galaxies dans l’Univers lointain, une équipe internationale de chercheurs a mis au point une nouvelle stratégie d’observation qui permet d’obtenir de précieuses informations sur la nature de l’énergie noire et ouvre de nouvelles perspectives sur l’identification de l’origine de l’accélération cosmique.



COMMUNIQUE LAM / OAMP : Une nouvelle lumière sur l’énergie sombre
Sonder la toile cosmique à la moitié de l’âge de l’Univers

Cette équipe internationale de chercheurs, dont plusieurs appartiennent à des laboratoires associés au CNRS a mené cette campagne d’observation grâce à l’instrument VIMOS, installé au foyer de l’un des télescopes du VLT (très grand télescope) de l’ESO (Observatoire Européen Austral). De nombreux chercheurs marseillais , parmi lesquels Olivier Le Fèvre, directeur du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM-OAMP/ CNRS / Université de Provence) et responsable de l’instrument VIMOS, sont impliqués dans cette découverte dont le résultat sera publié dans la prestigieuse revue Nature du 31 janvier.

Il y a une dizaine d’années, les astronomes ont découvert que l’expansion de l’Univers était (et est toujours actuellement) plus rapide qu’elle ne l’était dans le passé. Cette accélération de l’expansion de l’Univers ne peut s’expliquer avec les lois fondamentales de la physique sans émettre de nouvelles hypothèses. Parmi les plus probables, deux sont aujourd’hui particulièrement étudiées, à savoir :

  • soit l’Univers est rempli d’une mystérieuse énergie sombre produisant une force répulsive qui contrebalance le freinage gravitationnel produit par la matière contenue dans l’Univers.
  • soit la théorie de la gravitation n’est pas correcte et doit être modifiée, par exemple en ajoutant des dimensions supplémentaires à la description de l’espace.

Or, les observations actuelles du taux d’expansion de l’Univers ne permettent pas de trancher entre ces deux options.
Toutefois, cette équipe internationale, composée de 51 scientifiques répartis dans 24 institutions a trouvé une nouvelle méthode qui pourrait aider à résoudre ce problème. « Nous avons pu montrer que les grands sondages qui mesurent les positions et les vitesses des galaxies distantes offrent une nouvelle approche pour résoudre ce mystère. » déclare Luigi Guzzo, coordinateur de l’étude.
La technique est basée sur un phénomène bien connu : Le déplacement des galaxies résulte de la somme de l’expansion globale de l’Univers qui éloigne les galaxies les unes des autres, et des effets dus à la matière présente dans l’environnement local. « A partir des vitesses d’un grand échantillon de galaxies, nous avons pu reconstituer la structure à trois dimensions d’un grand volume de l’Univers distant, pour observer ce qu’on appelle les grandes structures, » indique Olivier Le Fèvre, un des co-auteurs de l’article et responsable de l’instrument VIMOS, avant de préciser« Les vitesses contiennent aussi une information sur le déplacement relatif local des galaxies qui introduit de petites mais mesurables distorsions par rapport au déplacement global. La mesure de ces distorsions est une façon de tester la nature de l’énergie sombre. ». Ce sont donc ces différences qui dévoilent aux chercheurs des informations sur les composants de l’énergie noire.

Les mesures obtenues indiquent de façon indépendante la nécessité d’ajouter un ingrédient supplémentaire d’énergie dans la « soupe cosmique », renforçant ainsi l’hypothèse selon laquelle il serait nécessaire de prendre en compte, dans les modèles, une forme simple d’énergie sombre identifiée à la constante cosmologique, introduite initialement par Albert Einstein.

C’est grâce au spectrographe VIMOS sur Melipal, un des quatre télescopes de 8.2-m de diamètre du VLT de l’ESO que ces chercheurs ont pu obtenir ce résultat dans le cadre du grand sondage VIMOS VLT Deep Survey (VVDS). Le VVDS, dont Olivier Le Fèvre est le responsable scientifique, a permis d’observer le spectre de plus de 10 000 galaxies dans un champ de 4 degrés carrés (20 fois la taille de la pleine lune), remontant à des époques allant jusqu’à plus de la moitié de l’âge de l’Univers (soit environ 7 milliards d’années dans le passé).

De plus, les simulations effectuées à partir des données VVDS par cette équipe de chercheurs mettent en évidence que la technique qu’ils ont utilisée, appliquée à des sondages explorant des volumes 10 fois supérieurs au volume couvert par le VVDS, pourra permettre de déterminer efficacement si l’accélération cosmique provient d’une forme d’énergie sombre d’origine exotique, ou si une modification des lois de la gravitation est nécessaire. « Ces résultats nous encouragent à poursuivre l’exploration de l’Univers par des sondages encore plus ambitieux. VIMOS au VLT représente à cet égard un outil formidable pour approfondir notre sondage et tenter de répondre à cette question fondamentale » déclare Olivier Le Fèvre.

Réf : “A test of the nature of cosmic acceleration using galaxy redshift distortions”, L. Guzzo et al., Nature, 31 January 2008

Notes
Le LAM a été le coordinateur du consortium d’instituts européens qui a construit le VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) pour le très grand télescope VLT de l’ESO. VIMOS a été financé par l’ESO, le CNRS (INSU) et la région Provence-Alpes-Côte d’Azur en France, et par le CNR, l’INAF et le ministère de l’éducation en Italie. Ouvert à l’ensemble de la communauté des astrophysiciens, il permet en particulier de conduire le sondage révolutionnaire VIMOS VLT Deep Survey (VVDS), coordonné par le LAM, qui offre une vision complète de l’évolution des galaxies et des grandes structures sur une grande partie de la vie de l’Univers a partir de l’observation de 16 degrés carrés du ciel dans 4 champs séparés (voir http://www.oamp.fr/virmos/)

L’équipe se compose de :
L. Guzzo, A. Iovino, et O. Cucciati (INAF­Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italy), M. Pierleoni, J. Blaizot, G.De Lucia, et K. Dolag (Max Planck Institut für Astrophysik, Germany), B.Meneux, B. Garilli, D. Bottini, D.Maccagni, M. Scodeggio, P. Franzetti, P. Memeo, et D. Vergani (INAF­IASF, Milano, Italy), E. Branchini (Universita Roma III, Italy), O. Le Fèvre, V. LeBrun, L. Tresse, C. Adami, S. Arnouts, A. Mazure, et S. de la Torre (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, OAMP-CNRS - Université de Provence, France), A. Pollo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, OAMP-CNRS - Université de Provence, France et Andrzej Soltan Institute for Nuclear Research, Warsawa, Poland), C. Marinoni (Centre de Physique Théorique, CNRS-Université de Provence– Université de la Méditérranée – Université Sud, Toulon, Var, Marseille, France), S. Charlot (Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS-Université de Paris 6, France), H. J.McCracken (Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS-Université de Paris 6, et Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique, CNRS - Observatoire de Paris, France), J. P. Picat, T. Contini, R. Pellò, et E. Perez-Montero (Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse et Tarbes, OMP-CNRS-Université de Toulouse 3, France), G. Vettolani et A. Zanichelli (INAF­IRA, Bologna, Italy), R. Scaramella (INAF­ Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), S. Bardelli, M. Bolzonella, A. Cappi, P. Ciliegi, F. Lamareille, R. Merighi, G. Zamorani, E. Zucca, et L. Pozzetti (INAF­Osservatorio Astronomico di Bologna, Italy), A. Bongiorno et B. Marano (Universitá di Bologna, Italy), L. Moscardini (Universitá di Bologna et INFN­Sezione di Bologna, Italy), S. Foucaud (University of Nottingham, UK), I. Gavignaud (Astrophysikalisches Institut Potsdam, Germany), O. Ilbert (University of Hawaii, USA), S. Paltani (Geneva Observatory et Integral Science Data Centre, Versoix, Switzerland), et M. Radovich (INAF­Osservatorio Astronomico di Capodimonte, Napoli, Italy)

>Communiqué de presse de l’ESO (avec animation vidéo) : http://www.eso.org/public/outreach/...

>Communiqué CNRS : http://www.insu.cnrs.fr/

> Communiqué MPE (en allemand) : http://www.mpe.mpg.de/Highlights/PR...

Illustration :
Image tirée d’une simulation numérique de la formation des grandes structures de l’Univers montrant un échantillon de 100 millions d’années-lumière et le résultat du mouvement des galaxies glissant vers la plus grande concentration de masse au centre. Les couleurs mettent en évidence la densité de la masse de chaque zone : en rouge les régions les plus denses et en noire les moins denses. La ligne jaune indique l’intensité et la direction de la vitesse des galaxies. On peut ainsi mesurer le taux de croissance de la structure centrale, taux qui dépend du subtil équilibre entre matière sombre, énergie sombre et expansion de l’Univers. ? K. Dolag et l’équipe VVDS .



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