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La mesure la plus précise à ce jour du taux d'expansion de l'univers

© 2014 EPFL

© 2014 EPFL

Une équipe international d'astronomes a mesuré la structure de l'univers lointain en utilisant 140,000 quasars cartographiant la distribution du gaz d'hydrogène intergalactique. Grâce à ces mesures, ils ont pu en déduire la meilleure mesure du taux d'expansion à quelque époque que ce soit au cours des 13 milliards d'années depuis le big bang. Ce nouveau résultat est la combinaison de deux analyses menées par Timothée Delubac postdoc au Laboratoire d'Astrophysique de l'EPFL, Andreu Font Ribera du Lawrence Berkeley National Laboratory, et de leurs collaborateurs du projet Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), composante principale du troisième relevé du Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) .


Cette nouvelle mesure combine deux méthodes différentes utilisant les quasars et les absorbants intergalactique pour mesurer le taux d'expansion de l'Univers . La première analyse, menée par Timothée Delubac ( EPFL ) et ses collaborateurs utilise les corrélation entre les différents absorbants sur la ligne de visée de quasars lointains. La deuxième analyse menée par Andreu Font- Ribera ( Lawrence Berkeley National Laboratory ) et ses collaborateurs, compare la répartition des quasars à la distribution des absorbants. Ensemble, ces deux analyses utilisant les données du projet BOSS ont permis d'établir qu'il ya 10,8 milliards années , l'Univers était en expansion d'un pour cent tous les 44 millions d'années.


" Si nous nous projetons au début de l'Univers lorsque les galaxies étaient trois fois plus proches qu'elles ne le sont aujourd'hui, nous mesurons que les paires de galaxies séparées d'un million d'années-lumière s'éloigne à une vitesse de 68 kilomètres par seconde à cause ddd l'expansion" , dit Font- Ribera .


Thimothée Delubac explique que "le taux d'expansion est mesuré avec une précision sans précédent de 2 pour cent". Mesurer le taux d'expansion de l'Univers tout au long de son histoire est donc la clef qui pourrait permettre de déterminer la nature de l'énergie sombre, responsable de l'augmentation de ce taux d'expansion au cours des six derniers milliards d'années. "En sondant l'univers quand il était âgé de seulement un quart de son âge actuel et que l'énergie sombre avait encore un rôle négligeable, BOSS a ainsi établi une mesure de référence", poursuit Thimothée Delubac.


BOSS détermine le taux d'expansion de l'Univers à un instant donné dans le passé en mesurant la taille des oscillations acoustiques de baryons (BAO), une signature imprimée dans la façon dont la matière est distribuée, et qui résulte des ondes sonores qui se sont propagées dans l'Univers primordial. Cette empreinte est visible dans la distribution des galaxies, des quasars, et de l'hydrogène intergalactique à travers le cosmos.

Lorsque la lumière d'un quasar lointain passe à travers l'hydrogène gazeux distribué dans tout l'Univers, les régions de plus grande densité absorbent plus de lumière. Chaque région absorbe la lumière à une longueur d’onde caractéristique de l’hydrogène. L’Univers étant en expansion, le spectre du quasar est étiré de sorte que chaque région laisse ça marque d’absorption à une longueur d’onde relative différente.

Quand le spectre du quasar est finalement observé sur Terre par BOSS, il contient ainsi les signatures de toutes les régions denses traversées par la lumière du quasar. Avec suffisamment de spectres de quasars de bonne qualité, assez rapprochés les uns des autres, la position des nuages de gaz permet de produire une carte en 3D. BOSS détermine le taux d'expansion en utilisant ces cartes pour mesurer la taille des BAO à différentes époques cosmiques.



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