Les scientifiques ont dressé l’une des cartes les plus précises de la matière de l’univers, et cela montre qu’il manque peut-être quelque chose dans notre meilleur modèle du cosmos.

Créée en regroupant les données de deux télescopes qui observent différents types de lumière, la nouvelle carte a révélé que l’univers est moins « grumeleux » que les modèles précédents ne l’avaient prédit – un signe potentiel que le vaste réseau cosmique qui relie les galaxies est moins compris que les scientifiques ne le pensaient.

Selon notre compréhension actuelle, la toile cosmique est un gigantesque réseau d’autoroutes célestes entrecroisées pavées d’hydrogène gazeux et matière noire. Prenant forme dans les suites chaotiques de la Big Bang, les vrilles de la toile formaient comme des touffes du bouillon bouillonnant du jeune univers ; là où plusieurs brins de la toile se sont croisés, des galaxies se sont finalement formées. Mais la nouvelle carte, publiée le 31 janvier comme Trois (s’ouvre dans un nouvel onglet) séparé (s’ouvre dans un nouvel onglet) études (s’ouvre dans un nouvel onglet) dans la revue Physical Review D, montre que dans de nombreuses parties de l’univers, la matière est moins agglutinée et plus uniformément répartie que la théorie ne le prédit.

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« 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 est ancré à l’univers primitif », a déclaré le co-auteur Eric Baxter, astrophysicien à l’Université d’Hawaii. dit dans un communiqué (s’ouvre dans un nouvel onglet).

Tisser la toile cosmique

Selon le modèle standard de la cosmologie, l’univers a commencé à prendre forme après le Big Bang, lorsque le jeune cosmos fourmillait de particules de matière et d’antimatière, qui ont surgi pour s’annihiler au contact. La plupart des blocs de construction de l’univers se sont effacés de cette façon, mais le tissu en expansion rapide de l’espace-temps signifiait que certaines poches du plasma primordial ont survécu ici et là.

La force de gravité a rapidement comprimé ces poches de plasma sur elles-mêmes, chauffant la matière au fur et à mesure qu’elle était serrée les unes contre les autres à un point tel que des ondes sonores se déplaçant à la moitié de la vitesse de la lumière (appelées oscillations acoustiques du baryon) se sont propagées vers l’extérieur à partir des amas de plasma. Ces ondulations repoussaient la matière qui n’avait pas encore été aspirée au centre d’une touffe, où elle venait se poser en auréole autour d’elle. À ce moment-là, la majeure partie de la matière de l’univers était distribuée sous la forme d’une série de films minces entourant d’innombrables vides cosmiques, comme un nid de bulles de savon dans un évier.

Une fois que cette matière, principalement de l’hydrogène et de l’hélium, s’est suffisamment refroidie, elle s’est agglutinée pour donner naissance aux premières étoiles, qui, à leur tour, ont forgé des éléments de plus en plus lourds par fusion nucléaire.

Pour cartographier la façon dont la toile cosmique a été tissée, les chercheurs ont combiné les observations prises avec le Dark Energy Survey au Chili – qui a scanné le ciel dans les fréquences proches de l’ultraviolet, du visible et du proche infrarouge de 2013 à 2019 – et le télescope du pôle Sud, qui est situé en Antarctique et étudie les émissions de micro-ondes qui composent le fond diffus cosmologique, la lumière la plus ancienne de l’univers.

Bien qu’ils regardent différentes longueurs d’onde de lumière, les deux télescopes utilisent une technique appelée lentille gravitationnelle pour cartographier l’agglutination de la matière. La lentille gravitationnelle se produit lorsqu’un objet massif se trouve entre nos télescopes et sa source ; plus la lumière provenant d’une poche d’espace donnée apparaît déformée, plus il y a de matière dans cet espace. Cela fait de la lentille gravitationnelle un excellent outil pour suivre à la fois la matière normale et sa mystérieuse cousine la matière noire, qui, bien qu’elle représente 85% de l’univers, n’interagit avec la lumière qu’en la déformant avec la gravité.

Avec cette approche, les chercheurs ont utilisé les données des deux télescopes pour localiser la matière et éliminer les erreurs de l’ensemble de données d’un télescope en le comparant à l’autre.

« Cela fonctionne comme une contre-vérification, donc cela devient une mesure beaucoup plus robuste que si vous utilisiez simplement l’un ou l’autre », co-auteur principal Chihway Chang (s’ouvre dans un nouvel onglet)un astrophysicien de l’Université de Chicago, a déclaré dans le communiqué.

La carte de la matière cosmique produite par les chercheurs correspondait étroitement à notre compréhension de l’évolution de l’univers, à l’exception d’un écart clé : elle était plus uniformément répartie et moins agglomérée que ne le suggérait le modèle standard de la cosmologie.

Deux possibilités existent pour expliquer cet écart. La première est que nous regardons simplement l’univers de manière trop imprécise et que l’écart apparent par rapport au modèle disparaîtra à mesure que nous aurons de meilleurs outils pour observer le cosmos. La deuxième possibilité, et la plus importante, est que notre modèle cosmologique manque de physique très importante. Découvrir laquelle est vraie nécessitera plus d’enquêtes croisées et de cartographies, ainsi qu’une compréhension plus profonde des contraintes cosmologiques qui lient la mousse de savon de l’univers.

« Il n’y a aucune explication physique connue à cet écart », ont écrit les chercheurs dans l’une des études. « Les corrélations croisées entre les enquêtes… permettront des études de corrélation croisée beaucoup plus puissantes qui fourniront certaines des contraintes cosmologiques les plus précises et les plus exactes, et qui nous permettront de continuer à tester le stress [standard cosmological] maquette. »