La Force est avec nous, selon des cosmologistes qui s’efforcent de comprendre un « quelque chose » mystérieux qui fait s’étendre l’univers. Son nom? Énergie noire. Et, il s’avère qu’il a été présent partout à travers l’histoire cosmique.
Les astronomes savent depuis les années 1920 que l’univers est en expansion. Cette compréhension a commencé avec l’observation révolutionnaire d’Edwin Hubble d’une supernova de type I dans la galaxie d’Andromède. Et, l’astronomie s’est poursuivie pendant de nombreuses années, utilisant cette expansion pour mesurer les distances et d’autres paramètres dans le cosmos. Puis, en 1998, quelque chose s’est passé. Les astronomes ont découvert que l’expansion cosmique s’accélère.
Le coupable? Cette force d’énergie noire complètement incomprise qui ne peut pas être vue, mais avec des effets qui peuvent être détectés. Certains l’expliquent comme une propriété de l’espace qui fait que l’univers s’étend de plus en plus vite. D’autres suggèrent qu’il s’agit d’une sorte de nouveau fluide énergétique ou d’un champ qui s’adapte à tout l’espace, mais qui a un effet sur l’expansion de l’Univers. Cela pourrait aussi être quelque chose qui ne correspond pas à nos théories actuelles sur la gravité, et qu’une nouvelle théorie de la gravité pourrait expliquer les effets de l’énergie noire.
Il n’y a pas encore de consensus sur laquelle de ces théories est correcte. Cependant, sa découverte a immédiatement soulevé un tas de questions, telles que, quand le taux d’expansion s’est-il accéléré ? Cela changera-t-il aussi? Était-ce le même taux dans tout l’univers à travers le temps ?
Énergie sombre, eROSITA et amas de galaxies
Pour y répondre, un groupe de chercheurs a utilisé quelque chose appelé eROSITA pour examiner un sous-ensemble spécifique d’amas de galaxies à travers le temps. eROSITA est le principal instrument sensible aux rayons X à bord de la mission Spectrum-ROENTGEN-GAMMA (SRG) lancée en 2019. (Actuellement, il est arrêté en raison du conflit en cours entre la Russie et l’Ukraine.) L’une de ses tâches consiste à faire une étude complète de tout le ciel dans la gamme des rayons X de moyenne énergie (jusqu’à 10 keV). Les données qu’il renvoie devraient aider à sonder la nature et l’omniprésence de l’énergie noire en étudiant jusqu’à 100 000 amas de galaxies et la matière qui les sépare. Il étudie également les trous noirs obscurcis dans les galaxies et examine les sources de rayons X allant des jeunes étoiles et des restes de supernova aux binaires de rayons X.
Les astronomes I-Non Chieu de l’Université nationale Cheng Kung de Taïwan et Matthias Klein, Sebastian Bocquet et Joseph Mohr de l’Université Ludwig Maximilians de Munich ont utilisé les données eROSITA Final Equatorial Depth Survey (eFEDS) prises avant l’arrêt pour caractériser environ 500 galaxies de faible masse groupes. C’est l’un des plus grands échantillons de ce type et il les a « vus » au cours des dix derniers milliards d’années. C’est environ les 3/4 de l’âge de l’Univers.
Combiner des données pour mesurer des amas de galaxies distants
L’équipe a couplé les données eFEDS avec des données optiques prises à l’aide de l’instrument Hyper Suprime-Cam au télescope Subaru à Hawai’i. Ils ont utilisé les données combinées pour caractériser les amas de galaxies dans eFEDS et mesurer leurs masses à l’aide d’une faible lentille gravitationnelle. Le combo a permis la première étude cosmologique utilisant des amas de galaxies détectés par eROSITA.
Les cosmologistes supposent depuis longtemps que l’énergie noire représente environ 68 % de l’Univers. Ce nouveau résultat “ups” ce nombre. Essentiellement, l’équipe a montré que l’énergie noire représente environ 76 % de la densité d’énergie totale dans l’Univers.
L’analyse montre que la distribution de l’énergie noire est également assez uniforme dans l’espace et constante dans le temps. “Nos résultats concordent également bien avec d’autres approches indépendantes, telles que les études précédentes sur les amas de galaxies ainsi que celles utilisant une faible lentille gravitationnelle et le fond cosmique des micro-ondes”, a déclaré Bocquet.
Amas de galaxies et énergie noire
L’énergie noire est un concept glissant à cerner. Bien sûr, les astronomes savent que c’est là et qu’il affecte l’Univers. Et, disent-ils, cela fournit une sorte d ‘«anti-gravité» qui éloigne les objets les uns des autres. Cela a aussi pour effet de ralentir voire d’arrêter la formation de gros objets comme les amas de galaxies. Donc, si l’énergie noire a été à l’œuvre dans tout l’univers et à travers le temps, elle affecte où et comment des choses telles que les amas de galaxies se sont formées.
Savoir cela donne aux astronomes un outil qu’ils peuvent utiliser pour évaluer cette force. “Nous pouvons en apprendre beaucoup sur la nature de l’énergie noire en comptant le nombre d’amas de galaxies formés dans l’univers en fonction du temps – ou dans le monde de l’observation en fonction du décalage vers le rouge”, a déclaré Klein.
Dans leur article, l’équipe de recherche souligne que le nombre d’amas de galaxies dans l’univers peut être utilisé comme un autre moyen de sonder la nature de l’énergie noire. L’étude eROSITA est une mini-enquête auprès de ces clusters. Le travail actuel est une «preuve de concept» pour une méthode qu’ils espèrent pouvoir appliquer à de plus grandes enquêtes sur les amas de galaxies pour étudier plus avant les effets de l’énergie noire dans le temps et l’espace.
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