Crédit d'image: ESA
Il y a seulement quelques années, les astronomes ont secoué les modèles actuels de l'Univers avec la théorie de l'énergie sombre; qui dit que l'expansion de l'Univers s'accélère en fait. En observant des amas de galaxies éloignées - jusqu'à 10 milliards d'années-lumière - les astronomes de l'ESA ont découvert qu'ils contenaient plus de matière concentrée que ne le prédisait la théorie de l'énergie noire. Si la matière était si concentrée, l'Univers ne peut pas être composé à 70% d'énergie noire.
L'observatoire de rayons X de l'ESA, XMM-Newton, a renvoyé de nouvelles données alléchantes sur la nature de l'Univers. Dans une enquête sur des amas de galaxies éloignés, XMM-Newton a trouvé des différences déroutantes entre les amas de galaxies d'aujourd'hui et ceux présents dans l'Univers il y a environ sept mille millions d'années. Certains scientifiques affirment que cela peut être interprété comme signifiant que l '«énergie sombre» que la plupart des astronomes croient maintenant dominer l'Univers n'existe tout simplement pas?
Les observations de huit amas éloignés de galaxies, dont la plus éloignée se situe à environ 10 milliards d'années-lumière de distance, ont été étudiées par un groupe international d'astronomes dirigé par David Lumb du Space Research and Technology Center (ESTEC) de l'ESA aux Pays-Bas. Ils ont comparé ces grappes à celles trouvées dans l'Univers voisin. Cette étude a été menée dans le cadre du plus grand projet XMM-Newton Omega, qui étudie la densité de la matière dans l'Univers sous la direction de Jim Bartlett du Collège de France.
Les amas de galaxies sont de prodigieux émetteurs de rayons X car ils contiennent une grande quantité de gaz à haute température. Ce gaz entoure les galaxies de la même manière que la vapeur entoure les personnes dans un sauna. En mesurant la quantité et l'énergie des rayons X d'un amas, les astronomes peuvent déterminer à la fois la température du gaz de l'amas et la masse de l'amas.
Théoriquement, dans un univers où la densité de matière est élevée, les amas de galaxies continueraient de croître avec le temps et donc, en moyenne, devraient contenir plus de masse maintenant que par le passé.
La plupart des astronomes pensent que nous vivons dans un univers à faible densité dans lequel une substance mystérieuse appelée «énergie sombre» représente 70% du contenu du cosmos et, par conséquent, imprègne tout. Dans ce scénario, les amas de galaxies devraient cesser de croître au début de l'histoire de l'Univers et sembler pratiquement indiscernables de ceux d'aujourd'hui.
Dans un article qui sera bientôt publié par la revue européenne Astronomy and Astrophysics, les astronomes du projet XMM-Newton Omega présentent des résultats montrant que les amas de galaxies dans l'Univers lointain ne sont pas comme ceux d'aujourd'hui. Ils semblent émettre plus de rayons X qu'aujourd'hui. Il est donc clair que les amas de galaxies ont changé d'apparence avec le temps.
Dans un document d'accompagnement, Alain Blanchard du Laboratoire d'Astrophysique de l'Observatoire Midi-Pyrénées et son équipe utilisent les résultats pour calculer comment l'abondance des amas de galaxies change avec le temps. Blanchard dit: «Il y avait moins d'amas de galaxies dans le passé.»
Un tel résultat indique que l'Univers doit être un environnement à haute densité, en nette contradiction avec le «modèle de concordance», qui postule un Univers avec jusqu'à 70% d'énergie sombre et une très faible densité de matière. Blanchard sait que cette conclusion sera très controversée, en disant: «Pour tenir compte de ces résultats, vous devez avoir beaucoup de matière dans l'Univers et cela laisse peu de place à l'énergie sombre.»
Pour réconcilier les nouvelles observations XMM-Newton avec les modèles de concordance, les astronomes devraient admettre une lacune fondamentale dans leurs connaissances sur le comportement des amas et, éventuellement, des galaxies qu'ils contiennent. Par exemple, les galaxies des amas lointains devraient injecter plus d'énergie dans le gaz environnant qu'on ne le pense actuellement. Ce processus devrait ensuite progressivement diminuer à mesure que l'amas et les galaxies qu'il contient vieillissent.
Peu importe la façon dont les résultats sont interprétés, XMM-Newton a donné aux astronomes un nouvel aperçu de l'Univers et un nouveau mystère à explorer. Quant à la possibilité que les résultats XMM-Newton soient tout simplement faux, ils sont en train d'être confirmés par d'autres observations radiographiques. Si ceux-ci renvoient la même réponse, nous pourrions avoir à repenser notre compréhension de l'Univers.
Le contenu de l'Univers
Le contenu de l'Univers est généralement considéré comme composé de trois types de substances: la matière normale, la matière noire et l'énergie noire. La matière normale se compose des atomes qui composent les étoiles, les planètes, les êtres humains et tous les autres objets visibles de l'Univers. Aussi humble que cela puisse paraître, la matière normale représente presque certainement une petite proportion de l'Univers, quelque part entre 1% et 10%.
Plus les astronomes observaient l'Univers, plus ils devaient trouver de matière pour tout expliquer. Cette matière ne pourrait pas être constituée d'atomes normaux, sinon il y aurait plus d'étoiles et de galaxies à voir. Au lieu de cela, ils ont inventé le terme matière noire pour cette substance particulière précisément parce qu'elle échappe à notre détection. Dans le même temps, les physiciens qui tentaient d'approfondir la compréhension des forces de la nature commençaient à croire que les particules de matière nouvelles et exotiques devaient être abondantes dans l'Univers. Celles-ci n'interagiraient presque jamais avec la matière normale et beaucoup croient maintenant que ces particules sont la matière noire. À l'heure actuelle, même si de nombreuses expériences sont en cours pour détecter les particules de matière noire, aucune n'a réussi. Néanmoins, les astronomes croient toujours que quelque part entre 30% et 99% de l'Univers peuvent être constitués de matière noire.
L'énergie noire est le dernier ajout au contenu de l'Univers. À l'origine, Albert Einstein a introduit l'idée d'une «énergie cosmique» omniprésente avant de savoir que l'Univers se développait. L’Univers en expansion n’avait pas besoin d’une «constante cosmologique» comme Einstein avait appelé son énergie. Cependant, dans les années 1990, les observations d'étoiles qui explosaient dans l'Univers lointain suggéraient que l'Univers n'était pas seulement en expansion mais aussi en accélération. La seule façon d'expliquer cela était de réintroduire l'énergie cosmique d'Einstein sous une forme légèrement modifiée, appelée énergie sombre. Personne ne sait ce que pourrait être l'énergie noire.
Dans le «modèle de concordance» actuellement populaire de l’Univers, 70% du cosmos serait de l’énergie noire, 25% de la matière noire et 5% de la matière normale.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESA
