En utilisant les observations de 3000 quasars découverts par le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), les scientifiques ont effectué la mesure la plus précise à ce jour de l'amas cosmique de l'hydrogène diffus. Ces quasars - 100 fois plus que ceux utilisés dans de telles analyses dans le passé - sont à des distances de huit à dix milliards d'années-lumière, ce qui en fait l'un des objets les plus éloignés connus.
Les filaments de gaz entre les quasars et la Terre absorbent la lumière dans le spectre du quasar, permettant aux chercheurs de cartographier la distribution du gaz et de mesurer la densité du gaz sur des échelles d'un million d'années-lumière. Le degré d'agglutination de ce gaz, à son tour, peut répondre à des questions fondamentales telles que la masse des neutrinos et la nature de l'énergie sombre, supposée être le moteur de l'expansion accélérée de l'univers.
«Les scientifiques ont longtemps étudié le regroupement des galaxies pour en savoir plus sur la cosmologie», a expliqué Uros Seljak de l'Université de Princeton, l'un des chercheurs du SDSS. «Cependant, la physique de la formation et du regroupement des galaxies est très compliquée. En particulier, parce que la majeure partie de la masse de l'univers est constituée de matière noire, une incertitude provient de notre manque de compréhension de la relation entre la distribution des galaxies (que nous voyons) et la matière noire (que nous ne pouvons pas voir mais les modèles cosmologiques prédisent) ". On pense que les filaments de gaz observés dans les spectres des quasars sont très distribués comme la matière noire, supprimant cette source d'incertitude.
«Nous savons depuis plusieurs années que les spectres de quasars sont un outil unique pour étudier la distribution de la matière noire dans le premier univers, mais la quantité et la qualité des données SDSS ont fait de cette vision une réalité», a déclaré David Weinberg de l'Ohio State University. , membre de l'équipe SDSS. "Il est étonnant que nous puissions en apprendre autant sur la structure de l'univers il y a 10 milliards d'années."
Seljak et ses collaborateurs du SDSS ont combiné l'analyse des spectres de quasars avec des mesures de regroupement de galaxies, de lentilles gravitationnelles et d'ondulations dans le fond des micro-ondes cosmiques observées par la sonde d'anisotropie micro-ondes Wilkinson de la NASA (WMAP). Cela donne la meilleure détermination à ce jour du regroupement de la matière dans l'univers à partir d'échelles d'un million d'années-lumière à plusieurs milliards d'années-lumière. Cette vue globale permet une comparaison détaillée avec des modèles théoriques pour l'histoire et les constituants de l'univers.
«Il s'agit du test le plus rigoureux à ce jour des prédictions du modèle cosmologique d'inflation; l'inflation passe avec brio », a ajouté Seljak.
La théorie inflationniste affirme que juste après le Big Bang, l'univers a subi une période d'accélération extrêmement rapide, au cours de laquelle de minuscules fluctuations se sont transformées en rides de taille astronomique dans l'espace-temps, finalement observables dans l'agglutination d'objets astronomiques. La théorie de l'inflation prédit une dépendance très spécifique du degré de regroupement avec l'échelle, ce que l'analyse actuelle soutient fortement. D'autres scénarios, comme la théorie de l'univers cyclique, font des prévisions très similaires et sont également en accord avec les derniers résultats.
Les premières analyses de l'équipe WMAP et d'autres avaient fait allusion à des écarts dans le regroupement cosmique par rapport à la prévision de l'inflation. Si elle était correcte, cela aurait nécessité une révision majeure du paradigme actuel pour l'origine de la structure dans l'univers.
"Les nouvelles données et l'analyse correspondante améliorent considérablement la précision d'observation de ce test", a déclaré Patrick McDonald de l'Université de Princeton et l'un des auteurs de la découverte. "Les nouveaux résultats sont en parfait accord avec l'inflation."
«Le regroupement de la matière est un test précis et puissant des modèles cosmologiques, et la présente analyse est cohérente avec et étend nos études antérieures», a convenu Adrian Pope de l'Université Johns Hopkins, qui a mené une analyse antérieure du regroupement des galaxies SDSS .
La nouvelle analyse fournit également les meilleures informations sur la masse du neutrino. Des expériences terrestres - aboutissant au prix Nobel de physique 2002 - ont définitivement montré que les neutrinos ont une masse, mais ces expériences ne pouvaient que mesurer la différence de masse entre les trois différents types de neutrinos connus. La présence de neutrinos affecterait le regroupement cosmique à des échelles d'un million d'années-lumière, exactement les échelles sondées avec les spectres de quasars.
La nouvelle analyse suggère que la masse de neutrinos la plus légère doit être inférieure à deux fois la différence de masse précédemment mesurée. Les nouvelles mesures éliminent également la possibilité d'une famille de neutrinos massifs supplémentaires suggérée par certaines expériences terrestres.
"La cosmologie, la science des très grands, est en mesure de nous parler des propriétés des particules fondamentales, telles que les neutrinos", a déclaré Lam Hui du Fermi National Accelerator Laboratory du département américain de l'Énergie, qui a effectué une analyse indépendante de ces particules. données, avec Scott Burles du MIT et d'autres.
La nouvelle analyse fournit également un soutien supplémentaire à l'existence de l'énergie sombre et suggère que l'énergie sombre ne change pas dans le temps. Cette analyse fournit les meilleures limites sur son évolution temporelle à ce jour.
"Aucune preuve de changement de l'énergie sombre dans le temps n'a émergé jusqu'à présent, et la possibilité que l'univers sera déchiré par une grande déchirure à l'avenir est considérablement réduite par ces nouveaux résultats", a déclaré Alexey Makarov de l'Université de Princeton, qui a également pris participer à cette recherche.
Source d'origine: communiqué de presse SDSS
