Une vue de l'Atacama Cosmology Telescope, le télescope le plus haut au monde. © Lyman A. Page

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Le rayonnement fossile seul prouve l'existence de l'énergie noire

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Les mesures concernant le rayonnement fossile ne suffisaient pas à prouver l'existence de l'énergie noire ni à déterminer la géométrie de l'Univers observable. Il fallait, par exemple, les compléter par les observations des supernovae. Ce n'est plus le cas grâce à la mesure fine des effets de lentille gravitationnelle sur ce rayonnement.

La sonde Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMap) a été lancée par la Nasa en 2001. Destinée à mesurer avec précision le rayonnement fossile elle a fourni des résultats décisifs pour que la cosmologie entre dans l'ère de la précision qui caractérise toute science parvenue à maturité. Grâce à WMap, nous savons que l'Univers observable est âgé de 13,7 milliards d'années, qu'il contient de la matière noire et de l'énergie noire et que sa géométrie est très proche de celle d'Euclide.

En fait, cette affirmation n'est pas à prendre au pied de la lettre. Les observations de WMap seules permettent d'estimer l'âge de l'Univers et son contenu en matière mais elles ne déterminent pas sans ambigüité son contenu et par voie de conséquence sa géométrie. On parle de dégénérescence des modèles cosmologiques relativistes.

Sous ce mot compliqué se cache un fait simple : il est possible d'ajuster les paramètres de courbure, de densité et de contenu en matière noire des équations décrivant l'Univers observable de sorte qu'elles correspondent aux observations mais indiquent que nous vivons dans des Univers très différents. On pourrait tout aussi bien en déduire que nous vivons dans un Univers jeune avec une courbure spatiale négative, et très largement dominé par une énergie du vide, que dans un Univers vieux, sans énergie du vide, et avec une courbure spatiale positive comme celle d'une sphère.

Ce n'est que lorsque que l'on ajoute des observations supplémentaires, en particulier celles des supernovae SN Ia, que la dégénérescence est brisée. Le meilleur modèle de cosmologie relativiste collant aux observations semble bel et bien être celui avec une courbure spatiale nulle et avec de l'énergie noire constituant environ 72 % de son contenu. Toutefois, un modèle d'Univers à courbure spatiale positive mais topologiquement compliqué colle aussi aux observations, comme Jean-Pierre Luminet et ses collègues l'ont montré.


Une vidéo extraite du site Du Big Bang au Vivant avec des commentaires de Jean-Pierre Luminet et Hubert Reeves. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com/Youtube 

Le plus haut télescope au sol du monde

Ces conclusions sont robustes mais elles le seraient encore plus si les observations du rayonnement fossile à elles seules permettaient d'en déduire l'existence de l'énergie noire. C'est précisément ce qui vient d'être fait par plusieurs cosmologistes en utilisant l'Atacama Cosmology Telescope (ACT) qui, comme son nom l'indique, se trouve dans le désert de l'Atacama au nord du Chili. Ce télescope de six mètres construit sur le Cerro Toco a été conçu pour cartographier le ciel en micro-ondes avec une haute résolution afin d'étudier le fond diffus cosmologique. Situé à une altitude de 5.190 mètres, il est le plus haut télescope permanent du monde.

Avec lui, les chercheurs ont pu mesurer l'effet de lentille gravitationnelle des galaxies et amas de galaxies sur le rayonnement fossile. Rappelons que le champ de gravitation des astres est capable de dévier les rayons lumineux de sorte que même s'ils se déplacent dans le vide, on peut considérer que celui-ci se comporte comme un milieu d'indice variable ou comme lentille vis-à-vis de la lumière. Ainsi, les amas de galaxies, présents entre la Voie lactée et les régions dont nous parviennent aujourd'hui les plus vieux photons de l'Univers observable, sont responsables d'effets de déformation des images du rayonnement fossiles. Comme l'évolution dans le temps et l'espace de ces structures dépend du contenu du cosmos, en particulier de la présence ou non d'énergie noire, on peut tirer des effets de lentille des contraintes sur cette dernière.

L'ACT permet de mesurer plus finement que WMap le rayonnement fossile aux faibles échelles angulaires sur la voûte céleste. Jointes aux observations de WMap, les mesures du groupe de chercheurs permettent maintenant de prouver avec le rayonnement fossile qu'il y a bien de l'énergie noire dans l'Univers.

La cosmologie scientifique en sort, bien sûr, très renforcée. Mais on aimerait bien pouvoir en savoir plus sur la nature de l'énergie noire. C'est peut-être possible selon les idées avancées par Martin Perl et peut-être même avec le LHC comme l'ont proposé John Ellis et ses collègues.