Il y a beaucoup de matière dans l’Univers, mais tout n’est pas visible pour nous. La matière est essentiellement tout ce qui a une masse et occupe de l’espace. Cela inclut nous, les planètes, les étoiles, les nébuleuses et les galaxies. Il comprend également de la matière noire. Tout est dispersé dans l’espace.
La matière est-elle répartie uniformément ou est-elle regroupée en amas ? Ou pourrait-il être dans une autre configuration? Pour répondre précisément à ces questions, les astronomes cartographient la matière et la comparent aux modèles théoriques de l’Univers. Comment font-ils cela? La première étape consiste à construire des télescopes et à les utiliser pour faire des observations et collecter d’énormes quantités de données sur l’univers observable. Les mesures de la distribution de la matière nécessitent des instruments spécialisés qui détectent les signaux faibles provenant de régions éloignées du cosmos.
Une équipe de recherche de l’Université de Chicago et du Fermi National Accelerator Laboratory a utilisé deux télescopes différents et les données d’un observatoire spatial appelé Planck pour créer la carte la plus à jour de la matière dans l’Univers. Le résultat de leurs observations est le suivant : la matière dans l’Univers n’est pas aussi agglomérée que leurs modèles le prédisent. Autrement dit, il n’est pas complètement réparti uniformément, ce qui signifie qu’il est encore un peu plus regroupé dans certaines régions que dans d’autres. Bien que cela ne semble pas très précis, c’est un énorme pas en avant dans la connaissance de la distribution de toutes les « choses » cosmiques qui composent notre Univers.
L’histoire de la matière dans l’univers
L’histoire de la distribution de la matière a commencé au moment du Big Bang, il y a quelque 13,7 milliards d’années. A ce moment, toute la matière était créée. Depuis lors, il s’est propagé à mesure que l’Univers s’étend. Ce faisant, la matière se refroidit et s’agglutine. Cette agglutination signifie que l’Univers n’est pas nécessairement réparti en douceur. Nous pouvons voir cela dans les rassemblements massifs de galaxies dans les amas et superamas d’aujourd’hui.
Les astronomes peuvent également détecter une « agrégation » de la distribution dans l’univers primitif. Ils le font en examinant les fluctuations du rayonnement de fond des micro-ondes. C’est la très faible lumière du Big Bang qui est décalée vers le rouge dans la partie micro-onde du spectre. La mission Planck a mesuré les variations de température à travers ce fond de micro-ondes, qui n’était pas complètement lisse et uniforme. Cette lumière est la première émise après l’âge des ténèbres cosmiques, lorsque l’univers était encore trop chaud et rempli de plasma pour permettre à la lumière de se propager. Lorsque la lumière a finalement pu passer (alors que les choses se sont refroidies), ce fut le moment de Cosmic Dawn.
Au fur et à mesure que le temps passait et que l’univers continuait à se dilater et à se refroidir, et que la matière commençait à s’agglutiner, les fluctuations devenaient plus denses et plus massives sous l’effet de la gravité de la matière. Finalement, les premières étoiles, galaxies et autres structures sont nées. Ainsi, l’évolution de la distribution de la matière depuis les premiers instants de l’Univers jusqu’à la richesse de ce que nous voyons maintenant conduit à se demander comment cette distribution a changé au fil du temps.
Comment la matière a été cartographiée
L’équipe de recherche a combiné les données de deux grands relevés au télescope de l’Univers pour obtenir ce résultat. L’un est le Dark Energy Survey. Il cartographie l’existence et la distribution de la matière noire invisible et mystérieuse qui imprègne l’Univers. L’autre relevé provient du télescope du pôle Sud. Il recherche les faibles traces de rayonnement émises lors des premiers instants de l’Univers. L’équipe a également utilisé les données de la mission Planck, qui a étudié le rayonnement de fond cosmique du Big Bang.
Les deux efforts ont utilisé la lentille gravitationnelle, qui dévie la lumière lorsqu’elle passe par (ou à travers) des zones de l’espace avec des champs gravitationnels intenses. Cela inclut les galaxies ainsi que les accumulations de matière noire. Les deux déformeront fortement le chemin de la lumière provenant d’objets et d’événements plus éloignés dans l’Univers primitif. Le couplage des données des deux enquêtes permet en fait de cartographier l’existence à la fois de la matière ordinaire et de la matière noire.
De plus, la combinaison de deux méthodes différentes réduit le risque que des erreurs dans un formulaire faussent l’ensemble de l’enquête. “Cela fonctionne comme une contre-vérification, donc cela devient une mesure beaucoup plus robuste que si vous utilisiez simplement l’un ou l’autre”, a déclaré l’astrophysicien de l’Université de Chicago Chihway Chang, l’un des principaux auteurs des études.
Ce que cela veut dire
L’analyse des données des deux enquêtes a permis aux scientifiques de déduire où se trouve actuellement toute la matière dans l’Univers. Autre bonne nouvelle : les résultats cadrent parfaitement avec la théorie de l’Univers actuellement la mieux acceptée. Cela ne veut pas dire que les scientifiques comprennent maintenant complètement pourquoi la question s’est retrouvée là où elle en est.
En fait, il y a un petit problème. “Il semble qu’il y ait un peu moins de fluctuations dans l’Univers actuel que nous ne le prévoyions en supposant que notre modèle cosmologique standard soit ancré à l’Univers primitif”, a déclaré Eric Baxter, astrophysicien de l’Université d’Hawaii. Ces fluctuations auxquelles il fait référence sont les « agglutinations » de la distribution de la matière. Si vous tenez compte de toutes les lois physiques régissant l’Univers et que vous les extrapolez depuis le premier instant du Big Bang jusqu’à aujourd’hui, l’Univers devrait être légèrement différent de ce qu’il nous apparaît actuellement.
Cela ne semble pas être un énorme problème, mais cela pourrait signifier qu’il manque quelque chose dans les modèles existants de l’Univers que les astronomes devront trouver. Pourtant, les deux enquêtes constituent un grand pas en avant dans la compréhension de la distribution de la matière. Non seulement ils montrent aux astronomes où se trouve la matière, mais ils marquent également un changement dans la façon dont les astronomes entreprennent de telles études. “Je pense que cet exercice a montré à la fois les défis et les avantages de faire ce genre d’analyses”, a déclaré Chang. “Il y a beaucoup de nouvelles choses que vous pouvez faire lorsque vous combinez ces différents angles de vue sur l’Univers.”
Pour plus d’informations
Des scientifiques publient une nouvelle carte précise de toute la matière de l’univers
Paramètres cosmologiques améliorés en combinant des données
