Crédit d'image: SDSS
Depuis la découverte, il y a plusieurs années, d'une force mystérieuse, appelée énergie noire, qui semble accélérer l'Univers, les astronomes ont cherché des preuves supplémentaires pour soutenir ou ignorer cette théorie. Les astronomes du Sloan Digital Sky Survey ont découvert des fluctuations du rayonnement de fond cosmique qui correspondent à l'influence répulsive de l'énergie sombre.
Des scientifiques du Sloan Digital Sky Survey ont annoncé la découverte de preuves physiques indépendantes de l'existence de l'énergie sombre.
Les chercheurs ont trouvé une empreinte d’énergie sombre en corrélant des millions de galaxies dans le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) et les cartes de température de fond des micro-ondes cosmiques de la sonde d’anisotropie à micro-ondes Wilkinson de la NASA (WMAP). Les chercheurs ont trouvé «l'ombre» de l'énergie sombre sur l'ancien rayonnement cosmique, une relique du rayonnement refroidi du Big Bang.
Avec la combinaison des résultats de ces deux grands levés du ciel, cette découverte fournit des preuves physiques de l'existence de l'énergie sombre; un résultat qui complète les travaux antérieurs sur l'accélération de l'univers mesurée à partir de supernovae éloignées. Les observations du Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics (BOOMERANG) of Cosmic Microwave Background (CMB) faisaient également partie des résultats antérieurs.
L'énergie noire, une composante majeure de l'univers et l'une des plus grandes énigmes de la science, est répulsive par gravité plutôt que séduisante. Cela provoque l'accélération de l'expansion de l'univers, contrairement à l'attraction de la matière ordinaire (et sombre), qui la ferait ralentir.
"Dans un univers plat, l'effet que nous observons ne se produit que si vous avez un univers avec de l'énergie sombre", a expliqué le chercheur principal, le Dr Ryan Scranton, du département de physique et d'astronomie de l'Université de Pittsburgh. "Si l'univers était juste composé de matière et toujours plat, cet effet n'existerait pas."
«Alors que les photons de l'arrière-plan des micro-ondes cosmiques (CMB) nous parviennent 380 000 ans après le Big Bang, ils peuvent subir un certain nombre de processus physiques, notamment l'effet Sachs-Wolfe intégré. Cet effet est une empreinte ou une ombre d'énergie sombre sur les micro-ondes. L'effet mesure également les changements de température du fond des micro-ondes cosmiques dus aux effets de la gravité sur l'énergie des photons », a ajouté Scranton.
La découverte est "une détection physique de l'énergie sombre et très complémentaire aux autres détections de l'énergie sombre", a ajouté le Dr Bob Nichol, collaborateur du SDSS et professeur agrégé de physique à l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh. Nichol a comparé l'effet Sachs-Wolfe intégré à regarder une personne debout devant une fenêtre ensoleillée: «Vous voyez juste leur contour et pouvez les reconnaître à partir de ces informations. De même, le signal que nous voyons a le bon contour (ou l'ombre) que nous attendons pour l'énergie sombre ", a déclaré Nichol.
"En particulier, la couleur du signal est la même que la couleur de l'arrière-plan cosmique micro-ondes, prouvant qu'il est d'origine cosmologique et non une contamination ennuyeuse", a ajouté Nichol.
«Ce travail fournit la confirmation physique que l'on a besoin d'énergie sombre pour expliquer simultanément les données CMB et SDSS, indépendamment du travail des supernovae. De telles vérifications croisées sont vitales en science », a ajouté Jim Gunn, Project Scientist du SDSS et professeur d'astronomie à l'Université de Princeton.
Le Dr Andrew Connolly de l'Université de Pittsburgh a expliqué que les photons provenant du fond des micro-ondes cosmiques traversent de nombreuses concentrations de galaxies et de matière noire. En tombant dans un puits gravitationnel, ils gagnent de l'énergie (tout comme une balle qui descend une colline). En sortant, ils perdent de l'énergie (comme une balle qui roule sur une colline). Les images photographiques des micro-ondes deviennent plus bleues (c'est-à-dire plus énergétiques) lorsqu'elles se rapprochent de ces concentrations de superamas, puis deviennent plus rouges (c'est-à-dire moins énergétiques) lorsqu'elles s'éloignent d'eux.
«Dans un univers composé principalement de matière normale, on s'attendrait à ce que l'effet net des décalages rouge et bleu s'annule. Cependant, ces dernières années, nous constatons que la plupart des éléments de notre univers sont anormaux dans la mesure où ils sont répulsifs par gravité plutôt que séduisants par gravité », a expliqué Albert Stebbins, scientifique au NASA / Fermilab Astrophysics Center Fermi National Accelerator Laboratory, un collaborateur du SDSS institution. "Ce truc anormal que nous appelons l'énergie sombre."
Le collaborateur de SDSS, Connolly, a déclaré que si la profondeur du puits gravitationnel diminuait pendant que le photon le traversait, alors le photon sortirait avec un peu plus d'énergie. «Si cela était vrai, nous nous attendrions à voir que la température de fond des micro-ondes cosmiques est légèrement plus chaude dans les régions avec plus de galaxies. C'est exactement ce que nous avons trouvé. »
Stebbins a ajouté que le changement d'énergie net attendu d'une seule concentration de masse est inférieur à une partie sur un million et les chercheurs ont dû examiner un grand nombre de galaxies avant de pouvoir s'attendre à voir l'effet. Il a dit que les résultats confirment que l'énergie sombre existe dans des concentrations de masse relativement faibles: seulement 100 millions d'années-lumière à travers où les effets observés précédemment étaient à une échelle de 10 milliards d'années-lumière. Un aspect unique des données SDSS est sa capacité à mesurer avec précision les distances à toutes les galaxies à partir de l'analyse photographique de leurs décalages vers le rouge photométriques. "Par conséquent, nous pouvons voir l'empreinte de cet effet sur le CMB croître en fonction de l'âge de l'univers", a déclaré Connolly. "Finalement, nous pourrions être en mesure de déterminer la nature de l'énergie sombre à partir de mesures comme celles-ci, bien que ce soit un peu à l'avenir."
«Pour conclure que l'énergie noire existe, nous devons seulement supposer que l'univers n'est pas incurvé. Après l’arrivée des résultats de la sonde d’anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (en février 2003), c’est une hypothèse bien acceptée », a expliqué Scranton. «C'est extrêmement excitant. Nous ne savions pas si nous pouvions obtenir un signal, nous avons donc passé beaucoup de temps à tester les données contre la contamination de notre galaxie ou d'autres sources. Avoir les résultats aussi forts qu'eux a été extrêmement satisfaisant. »
Les découvertes ont été faites dans 3 400 degrés carrés du ciel étudiés par le SDSS.
"Cette combinaison de micro-ondes spatiales et de données optiques basées au sol nous a donné cette nouvelle fenêtre sur les propriétés de l'énergie sombre", a déclaré David Spergel, cosmologiste à l'Université de Princeton et membre de l'équipe scientifique du WMAP. «En combinant les données WMAP et SDSS, Scranton et ses collaborateurs ont montré que l'énergie sombre, quelle qu'elle soit, n'est pas attirée par la gravité, même à grande échelle, sondée par le Sloan Digital Sky Survey.
"C'est un indice important pour les physiciens qui essaient de comprendre la mystérieuse énergie sombre", a ajouté Spergel.
Outre les chercheurs principaux Scranton, Connolly, Nichol et Stebbins, Istavan Szapudi de l'Université d'Hawaï a contribué à la recherche. Les autres acteurs impliqués dans l'analyse sont Niayesh Afshordi de l'Université de Princeton, Max Tegmark de l'Université de Pennsylvanie et Daniel Eisenstein de l'Université d'Arizona.
À PROPOS DE L'ENQUÊTE SUR LE CIEL NUMÉRIQUE SLOAN (SDSS)
Le Sloan Digital Sky Survey (sdss.org) cartographiera en détail un quart du ciel entier, déterminant les positions et la luminosité absolue de 100 millions d'objets célestes. Il mesurera également les distances de plus d'un million de galaxies et de quasars. Le Astrophysical Research Consortium (ARC) exploite l'Opache Point Observatory, site des télescopes SDSS.
SDSS est un projet conjoint de l'Université de Chicago, du Fermilab, de l'Institute for Advanced Study, du Japan Participation Group, de la Johns Hopkins University, du Los Alamos National Laboratory, du Max-Planck-Institute for Astronomy (MPIA), du Max- Planck-Institute for Astrophysics (MPA), New Mexico State University, University of Pittsburgh, Princeton University, United States Naval Observatory et University of Washington.
Le financement du projet a été fourni par la Fondation Alfred P. Sloan, les institutions participantes, la National Aeronautics and Space Administration, la National Science Foundation, le département américain de l'Énergie, le japonais Monbukagakusho et la Max Planck Society.
Le WILKINSON MICROWAVE ANISOTROPY SONDE (WMAP) est une mission de la NASA construite en partenariat avec l'Université de Princeton et le Goddard Space Flight Center pour mesurer la température du rayonnement de fond cosmique, la chaleur résiduelle du Big Bang. La mission WMAP révèle les conditions telles qu'elles existaient dans le premier univers en mesurant les propriétés du rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques sur le plein ciel. (http://map.gsfc.nasa.gov)
Source d'origine: communiqué de presse SDSS
