Cosmological data suggest the universe has become 'messier and more complicated'
Des données cosmologiques suggèrent que l'univers est devenu « plus désordonné et plus compliqué »
par Nathi Magubane, Université de Pennsylvanie
Crédit : Unsplash/CC0 Domaine public
Tout au long de l'histoire cosmique, des forces puissantes ont agi sur la matière, remodelant l'univers en un réseau de structures de plus en plus complexe. Aujourd'hui, de nouvelles recherches menées par Joshua Kim et Mathew Madhavacheril de l'Université de Pennsylvanie et leurs collaborateurs du Lawrence Berkeley National Laboratory suggèrent que notre univers est devenu « plus désordonné et plus compliqué » au cours des quelque 13,8 milliards d'années qu'il existe, ou plutôt, que la distribution de la matière au fil des ans est moins « agglomérée » qu'on pourrait s'y attendre.
« Notre travail a permis de croiser deux types de données issues d'enquêtes complémentaires, mais très distinctes », explique Madhavacheril, « et nous avons découvert que, dans l'ensemble, l'histoire de la formation des structures est remarquablement cohérente avec les prédictions de la gravité d'Einstein. Nous avons observé une légère différence dans la quantité d'agrégats attendue dans les époques récentes, il y a environ quatre milliards d'années, ce qui pourrait être intéressant à étudier. »
Les données, qui ont été publiées dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics et sur le serveur de pré-impression arXiv, proviennent de la version finale des données du télescope de cosmologie d'Atacama (ACT) (DR6) et de la première année de l'instrument spectroscopique à énergie sombre (DESI).
Madhavacheril explique que l'association de ces données a permis à l'équipe de superposer le temps cosmique d'une manière qui ressemble à l'empilement de transparences d'anciennes photographies cosmiques sur des photographies récentes, offrant ainsi une perspective multidimensionnelle du cosmos.
« L'ACT, qui couvre environ 23 % du ciel, dresse un tableau de l'enfance de l'univers en utilisant une lumière lointaine et faible qui voyage depuis le Big Bang », explique Joshua Kim, premier auteur de l'étude et chercheur diplômé du groupe Madhavacheril.
« Officiellement, cette lumière est appelée le fond diffus cosmologique (CMB), mais nous l'appelons parfois simplement l'image de l'enfance de l'univers car c'est un instantané de l'époque où il avait environ 380 000 ans. »
Le chemin parcouru par cette lumière ancienne au cours de l'évolution, ou au cours du vieillissement de l'univers, n'a pas été rectiligne, explique Kim. Les forces gravitationnelles exercées par des structures grandes, denses et lourdes comme les amas de galaxies dans le cosmos ont déformé le CMB, un peu comme une image déformée lorsqu'elle passe à travers une paire de lunettes.
Cet « effet de lentille gravitationnelle », prédit pour la première fois par Einstein il y a plus de 100 ans, permet aux cosmologistes de tirer des conclusions sur ses propriétés comme la distribution de la matière et son âge.
Les données du DESI, en revanche, fournissent un enregistrement plus récent du cosmos. Basé à l'observatoire national de Kitt Peak en Arizona et exploité par le Lawrence Berkeley National Laboratory, le DESI cartographie la structure tridimensionnelle de l'univers en étudiant la distribution de millions de galaxies, en particulier les galaxies rouges lumineuses (LRG). Ces galaxies agissent comme des repères cosmiques, permettant aux scientifiques de retracer la manière dont la matière s'est répandue sur des milliards d'années.
« Les LRG de DESI sont comme une image plus récente de l'univers, nous montrant comment les galaxies sont distribuées à des distances variables », explique Kim, comparant les données à la photo de l'album de fin d'année du lycée de l'univers. « C'est un moyen puissant de voir comment les structures ont évolué depuis la carte du CMB jusqu'à la situation actuelle des galaxies. »
En combinant les cartes de lentilles des données CMB d'ACT avec les LRG de DESI, l'équipe a créé un chevauchement sans précédent entre l'histoire cosmique ancienne et récente, leur permettant de comparer directement les mesures de l'univers primitif et tardif.
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"Ce processus est comme un scanner cosmique", explique Madhavacheril, "où nous pouvons examiner différentes tranches de l'histoire cosmique et suivre la façon dont la matière s'est agglutinée à différentes époques. Cela nous donne un aperçu direct de la façon dont l'influence gravitationnelle de la matière a changé au cours de milliards d'années".
Ce faisant, ils ont remarqué une petite différence : l'agglutination, ou les fluctuations de densité, attendues à des époques ultérieures ne correspondaient pas tout à fait aux prédictions.
Sigma 8 (σ8), une mesure qui mesure l'amplitude des fluctuations de densité de matière, est un facteur clé, explique Kim, et des valeurs plus faibles de σ8 indiquent moins d'agglutination que prévu, ce qui pourrait signifier que les structures cosmiques n'ont pas évolué conformément aux prédictions des modèles de l'univers primitif et suggérer que la croissance structurelle de l'univers a peut-être ralenti d'une manière que les modèles actuels n'expliquent pas entièrement.
Ce léger désaccord avec les attentes, explique-t-il, « n’est pas assez fort pour suggérer de manière concluante une nouvelle physique – il est toujours possible que cet écart soit purement dû au hasard ».
Si effectivement l’écart n’est pas dû au hasard, une physique non expliquée pourrait être en jeu, modérant la façon dont les structures se forment et évoluent au cours du temps cosmique. Une hypothèse est que l’énergie noire – la force mystérieuse qui serait à l’origine de l’expansion accélérée de l’univers – pourrait influencer la formation des structures cosmiques plus qu’on ne le pensait jusqu’à présent.
À l’avenir, l’équipe travaillera avec des télescopes plus puissants, comme le futur observatoire Simons, qui affinera ces mesures avec une plus grande précision, permettant une vue plus claire des structures cosmiques.
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COMMENTAIRES
1/ L 'article suggèrent que l'univers est devenu « plus désordonné et plus compliqué »
2/Le prix Nobel de physique 2011 a été attribué à Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess pour leur découverte de l’accélération de l’expansion de l’univers ....
Et ceci depuis quelques milliards d années ....
P eut on associer les deux types d éétudes ?????
Comme j ignore trés précisement ce que Joshua Kim et al, The Atacama ont tiré de leur fond cosmique fossile je me garderai de porter un jugement critique ! wait and see !!
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Cosmology Telescope DR6 and DESI: structure formation over cosmic time with a measurement of the cross-correlation of CMB lensing and luminous red galaxies, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2024). DOI: 10.1088/1475-7516/2024/12/022
Noah Sailer et al, Cosmological constraints from the cross-correlation of DESI Luminous Red Galaxies with CMB lensing from Planck PR4 and ACT DR6, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2407.04607
Journal information: arXiv
Provided by University of Penns
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