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Scientists detect mysterious suppression in cosmic structure growth
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Des scientifiques détectent une mystérieuse suppression dans la croissance des structures cosmiques
Une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters analyse l'ensemble le plus complet de données sur les amas de galaxies pour tester le modèle ΛCDM, révélant des divergences dans la formation des structures cosmiques dans l'univers, laissant entrevoir une nouvelle physique.
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Des scientifiques détectent une mystérieuse suppression dans la croissance des structures cosmiques
par Tejasri Gururaj , Phys.org
Une section de la carte tridimensionnelle construite par BOSS. Crédit image : Jeremy Tinker et la collaboration SDSS-III. Crédit : Jeremy Tinker et la collaboration SDSS-III
Une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters analyse l'ensemble le plus complet de données de regroupement de galaxies pour tester le modèle ΛCDM, révélant des divergences dans la formation des structures cosmiques dans l'univers, laissant entrevoir une nouvelle physique.
Le modèle ΛCDM est le modèle standard de la cosmologie décrivant l'évolution, l'expansion et la structure de l'univers. Il englobe la matière noire froide (CDM), la matière normale et le rayonnement, ainsi que la constante cosmologique (Λ), qui représente l'énergie noire.
Le modèle a réussi à expliquer plusieurs observations cosmologiques, notamment la structure à grande échelle de l'univers, l'expansion accélérée de l'univers et le rayonnement de fond diffus cosmologique (CMB), qui est la rémanence du Big Bang.
Malgré cela, le modèle ΛCDM ne parvient pas à rendre compte de phénomènes tels que l'inflation cosmique, l'énergie noire et la matière noire. Des observations récentes, comme les données du DESI (Dark Energy Survey Instrument), ont suggéré des anomalies potentielles dans le modèle ΛCDM.
L'équipe de recherche a cherché à analyser si ces anomalies pouvaient être liées et pouvaient indiquer un nouveau modèle physique spécifique.
L'équipe était composée du Dr Shi-Fan Chen, de l'Institute for Advanced Study du New Jersey, du Prof. Mikhail Ivanov, du Massachusetts Institute of Technology, du Dr Oliver Philcox, de l'Université Columbia, et de Lukas Wenzl, un étudiant diplômé de Cornell.
En parlant de la motivation derrière leur travail, le Dr Chen a déclaré : « Pouvoir prédire quoi que ce soit sur l'univers est génial, mais ce qui est particulièrement intéressant, c'est que nous disposons de nombreux observables différents issus de nombreuses études dont les mesures peuvent être modélisées à l'aide d'une théorie efficace cohérente. »
Relier les points cosmiques
Comme mentionné précédemment, le modèle ΛCDM ne parvient pas à rendre compte de certains phénomènes basés sur des observations récentes.
Il s'agit notamment du désaccord entre les mesures directes et indirectes du taux d'expansion de l'univers (la tension de Hubble), du désaccord entre les mesures directes et indirectes du regroupement de matière, c'est-à-dire de la croissance de la structure (la tension σ8), et des données récentes du DESI suggérant des preuves possibles de l'existence d'une énergie sombre dynamique.
L'approche de l'équipe de recherche est nouvelle car ils veulent voir si la même physique sous-jacente pourrait expliquer ces anomalies. Pour tester l'hypothèse, les chercheurs ont combiné des mesures provenant de plusieurs sources pour créer un ensemble de données complet.
Cela comprenait l'ensemble de données DR12 du BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) avec les calottes galactiques du nord et du sud, les échantillons LOWZ (galaxies à faible décalage vers le rouge) et CMASS (galaxies de masse élevée) couvrant différentes plages de décalage vers le rouge, et la corrélation croisée avec les cartes de lentille gravitationnelle CMB de Planck.
Ces données ont été analysées dans deux contextes, dans le cadre du modèle ΛCDM standard et dans le cadre d'un modèle dynamique d'énergie noire pour tester les résultats du DESI.
Le Dr Philcox a expliqué comment ils ont maintenu une grande précision des données choisies. « Nous avons vraiment essayé de choisir des définitions cohérentes pour les échantillons de galaxies, en éliminant des parties des données disponibles avec des erreurs accidentelles dans les critères de sélection, au détriment de nos contraintes statistiques même lorsque des analyses passées ont utilisé ces données. »
« De plus, nous avons effectué de nombreux tests sur les corrélations croisées avec la lentille CMB dans le cadre d'articles précédents pour nous assurer qu'aucune systématique évidente n'était présente. »
Un univers qui grandit trop lentement ?
L'analyse ΛCDM a révélé un taux de croissance des structures cosmiques légèrement inférieur à celui prévu, montrant un désaccord significatif (tension de 4,5σ) avec les résultats de Planck.
De plus, elle a confirmé les valeurs existantes pour la densité de matière, la constante de Hubble et la croissance des structures.
Dans l'analyse de l'énergie sombre dynamique, l'équipe n'a trouvé aucune preuve solide de l'existence d'une énergie sombre dynamique, ce qui suggère que l'énergie sombre se comporte comme une constante cosmologique. La suppression de la croissance des structures observée est similaire à celle prédite par l'analyse ΛCDM.
Enfin, la valeur de la constante de Hubble correspond aux données de Planck mais est en désaccord avec les mesures directes et locales.
Le professeur Ivanov a expliqué : « Nous avons constaté que la formation de structures dans l'univers tardif où les effets de l'énergie sombre sont les plus prononcés, du moins tels que mesurés par les galaxies dans l'enquête BOSS, semble considérablement supprimée par rapport aux attentes de l'univers primitif et du CMB. »
« Cela est vrai même lorsque nous permettons à l'histoire de l'expansion de s'écarter de la forme constante cosmologique standard de l'énergie noire. »
Nouvelle physique ou erreurs dans les données
Selon l'équipe, la probabilité que la croissance de la structure supprimée soit une chance aléatoire est de 1 sur 300 000, ce qui suggère fortement que quelque chose d'inexpliqué se produit sous la forme d'une systématique inconnue dans les données ou d'une nouvelle physique.
Les résultats fournissent également la preuve la plus solide à ce jour de la tension σ8 et montrent que l'énergie noire dynamique ne peut pas la résoudre.
Wenzl a expliqué : « En plus des nouvelles techniques d'observation et des tests systématiques mentionnés, si ce signal survit, il sera intéressant de voir quels types de nouvelle physique peuvent aider à résoudre la tension avec le CMB. »
« Par exemple, ce serait très intéressant si des candidats à la matière noire non standard comme la matière noire axionique ou la matière noire qui interagit avec elle-même ou les baryons d'une manière ou d'une autre, ce qui modifierait la formation de la structure, pouvaient expliquer le signal. »
Les résultats de l'étude remettent en question notre compréhension de la formation des structures cosmiques et, plus important encore, l'un des modèles les plus fondamentaux de la cosmologie.
Les données des prochaines études de galaxies apporteront des éclaircissements sur ces divergences et nous permettront de savoir si nous avons besoin d'un changement fondamental dans notre compréhension des structures à grande échelle de l'univers.
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COMMENTAIRES
L'article ne me parait interessant que par son apport de nouvelles données inexplicables ...Quant a ce qui concerne leur test sur le modèle ΛCDM, je juge
cela comme du temps perdu et du travail inutile !!!!
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More information: Shi-Fan Chen et al, Suppression without Thawing: Constraining Structure Formation and Dark Energy with Galaxy Clustering, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.231001. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2406.13388
Journal information: Physical Review Letters , arXiv
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