Aboutissement d’un travail de plus de 20 ans visant à recenser la position et les distances des galaxies, cette carte 3D offre un aperçu complet et inédit sur l’histoire de l’Univers depuis le Big Bang jusqu’à nos jours. Elle confirme également les modèles théoriques et pourrait permettre de mieux comprendre les contradictions entre ces différents modèles.

« C'est la plus grande carte en 3D de l'expansion de l'UniversUnivers jamais réalisée à ce jour », se félicite Jean-Paul Kneib, du laboratoire d'astrophysique de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Fruit du travail d'un consortium de plusieurs centaines de scientifiques issus d'une trentaine d'institutions différentes dans le monde, cette carte comblecomble les dernières lacunes de l'histoire de l'Univers depuis ses prémices, il y a 13,7 milliards d'années, jusqu'à nos jours. Le projet eBOSS (extended BaryonBaryon Oscillation Spectroscopic Survey), lancé en 2012 et dirigé par Jean-Paul Kneib, a patiemment récolté des données de quatre millions de galaxiesgalaxies et de quasarsquasars afin d'établir cette carte inédite.

Une des avancées les plus importantes de cette dernière décennie en terme d’observation cosmologique

Les prémices de l’Univers sont relativement bien connus grâce aux travaux théoriques sur le Big BangBig Bang et à l'observation du fond diffusdiffus cosmologique, ce rayonnement « fossilefossile » des débuts de l'Univers. En étudiant les galaxies lointaines et en utilisant des calculs de distance, on a également une bonne idée sur la vitessevitesse d'expansion et la composition de l'Univers au cours des derniers milliards d'années.

« Il restait toutefois un manque de données entre les deux qu'il aura fallu cinq ans de travail pour combler, relève Kyle Dawson, de l'Université de l'Utah et l'un des leaders du projet. L'annonce d'aujourd'hui représente donc l'une des avancées les plus importantes de cette dernière décennie en terme d'observation cosmologique ». Les données obtenues par le programme eBOSS viennent compléter celles du Sloan DigitalDigital Sky Survey (SDSS), un programme de relevés des objets célestes utilisant le télescopetélescope d'ApacheApache Point au Nouveau-Mexique (États-Unis).

La carte 3D de l’Univers recense plus de 4 millions de galaxies et de quasars. © EPFL
La carte 3D de l’Univers recense plus de 4 millions de galaxies et de quasars. © EPFL

Horodater les galaxies selon leur spectre lumineux

Pour réaliser ce relevé, les équipes se sont intéressées à différents marqueurs révélant la distribution de massemasse dans l'Univers. Les parties de la carte émanant de six millions d'années en arrière ont, par exemple, été retracées grâce aux observations des galaxies les plus anciennes et les plus rouges. Pour les époques plus lointaines, les chercheurs se sont servis des galaxies plus jeunes et plus bleues. Et pour remonter encore plus loin, au-delà de 11 milliards d'années, ils se sont appuyés sur les quasars d'anciennes galaxies en implosion dont le cœur est rendu ultra-lumineux par le trou noirtrou noir qui absorbe la lumièrelumière aux alentours.

Le saviez-vous ?

Le décalage vers le rouge (redshift) est un effet physique dû à l’expansion de l'Uni­vers : plus un corps céleste est loin et plus il s’éloigne rapidement, plus son spectre lumineux est décalé vers une longueur d’onde supérieure (en raison de l’effet Doppler). Ce phénomène est une preuve de l’expansion de l’espace-temps.

Résoudre l’énigme de la constante de Hubble

Comme le prédisent les nouveaux modèles de la théorie de la relativité d'EinsteinEinstein, cette carte révèle que, à un certain moment, l'expansion de l'Univers s'est accélérée et que cette accélération perdure depuis. Cela serait dû à la présence d’énergie noire qui s'oppose à la gravitégravité ayant tendance à ralentir naturellement l'expansion de l'Univers.

Or, les différentes méthodes de mesure de la vitesse d’expansion, nommée « constante de Hubbleconstante de Hubble », aboutissent à des valeurs contradictoires de cette constante. Les modèles partant des étoilesétoiles les plus proches pour remonter dans le temps donnent une valeur de 74 kilomètres par seconde et par mégaparsec. La méthode inverse, consistant à remonter depuis le fond, aboutit à 67,4. Une différence faible, mais inexplicable, que l'on appelle la « tension » de la constante de Hubble.

« Or, la haute précision et la grande variété des données du programme eBOSS rendent peu probables que cette différence soit due au hasard », confie Jean-Paul Kneib. Si cela était bien le cas, cela signifie que l'Univers ancien était gouverné par des lois physiquesphysiques encore inconnues.


Une carte montrant les débuts de l'Univers

Article de Rémy DecourtRémy Decourt publié le 13/02/2003

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) vient de dresser une carte des débuts de l'Univers comparable à celle obtenue par le satellite COBE en 1992 mais avec une résolutionrésolution bien supérieure.

WMAP a été lancé le 30 juin 2001 par une fusée Delta II depuis la base de Cap CanaveralCap Canaveral. Il évolue depuis sur orbiteorbite autour du point de Lagrangepoint de Lagrange 2 à 1,5 million de kilomètres. Sa mission doit se poursuivre pendant au moins trois ans.

Pour les scientifiques, cette carte et les données associées confirment la théorie du Big Bang et de dater l'âge de l'Univers à 13,7 milliards d'année avec une marge d'erreur de 1%. Ils ont aussi pu déterminer que l'Univers contenait 4% d'atomesatomes de matièrematière, 23% de matière noirematière noire et 73% d'une énergie sombre, dont le rôle reste énigmatique.

Note : COBE (COsmic Backround Explorer) avait, en 1992, déterminé une répartition anisotropique du rayonnement fossilerayonnement fossile de l'Univers et dresser la première carte des débuts de l'Univers. WMAPWMAP, son successeur, a été conçu pour confirmer les observations de COBE en fournissant des mesures des fluctuations de températures plus fines, de l'ordre du millionième de degré KelvinKelvin.