Pendant des millénaires, les êtres humains ont été fascinés par les mystères de l’univers. Des Babyloniens aux Grecs en passant par les Égyptiens jusqu’aux astronomes modernes, le charme du ciel a inspiré d’innombrables recherches pour révéler les secrets de l’univers. Bien que les modèles cosmologiques existent depuis des siècles, la cosmologie, qui étudie l’évolution et la structure de l’univers, est relativement récente. Une nouvelle carte novatrice de la matière noire jette les bases de nouveaux modèles.
La nouvelle carte
Cette science est née au début du XXe siècle avec la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui sert de base au modèle standard de la cosmologie. Une série de documents envoyés au prestigieux The Astrophysical Journal par les chercheurs du Atacama Cosmology Telescope (ACT) ont révélé une nouvelle image. Celle-ci montre la carte de la matière noire distribuée sur un quart de l’ensemble du ciel, la plus détaillée jamais créée (ref.) (ref.) (ref.).
“Nous avons créé une nouvelle carte en utilisant les distorsions de la lumière laissées par le Big Bang”, déclare Mathew Madhavacheril, auteur principal de l’un des articles. “Étonnamment, elle fournit des mesures montrant à la fois l’irrégularité de l’univers et la vitesse à laquelle il grandit après 14 milliards d’années d’évolution. Ces paramètres sont exactement ce que nous attendons du modèle standard de la cosmologie basé sur la théorie de la gravité d’Einstein”.
La qualité des grumeaux de l’univers dépend de la distribution non uniforme de la matière noire. En revanche, sa croissance est restée cohérente avec les prévisions antérieures. Bien qu’elle représente 85% de l’univers et influence son évolution, la matière noire est difficile à détecter car elle n’interagit ni avec la lumière ni avec d’autres formes de rayonnement électromagnétique. Autant que nous le sachions aujourd’hui, la matière noire n’interagit qu’avec la gravité.
L’extraordinaire ACT
L’ACT a été construit par l’Université de Pennsylvanie et l’Université de Princeton. En 2007, il a commencé à observer pour détecter la matière noire. Les plus de 160 collaborateurs qui ont recueilli des données observent le rayonnement émis par le Big Bang. Les cosmologistes font souvent référence à ce rayonnement diffus qui remplit tout notre univers comme “l’image enfantine du cosmos”. Formellement, elle est connue sous le nom de rayonnement cosmique de fond en micro-ondes (CMB).
L’équipe suit la façon dont l’attraction gravitationnelle des grands objets, y compris la matière noire, déforme le CMB lors de son voyage de 14 milliards d’années jusqu’à nous. C’est comme observer la lumière qui est courbée lorsqu’elle passe à travers une lentille d’agrandissement. “Lorsque nous avons proposé cette expérience en 2003, nous n’avions aucune idée de l’étendue des informations qui pouvaient être extraites de notre télescope”, déclare Mark Devlin. “Cela a été rendu possible grâce à l’intelligence des théoriciens. Ils ont construit de nouveaux instruments pour rendre notre télescope plus sensible, ainsi que de nouvelles techniques d’analyse que notre équipe a développées”.
Les chercheurs de Penn, Gary Bernstein et Bhuvnesh Jain, ont dirigé la recherche sur la cartographie de la matière noire en utilisant la lumière visible émise par les galaxies proches par rapport à la lumière du CMB. “Il est intéressant de noter que nous avons découvert que la matière est un peu moins grumeleuse que ne le prévoit la théorie la plus simple”, déclare Jain. “Cependant, le magnifique travail de Mark et Mathew sur le CMB est en parfait accord avec la théorie. Les cartes extraordinaires de la matière noire de l’ACT restreignent la recherche et réduisent les erreurs théoriques”, déclare Bernstein.