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Une découverte d’énergie noire vient-elle de prouver qu’Einstein a tort ? Pas assez.

La plus grande étude de galaxies jamais réalisée suggère que notre cosmos n’est pas aussi dense qu’il est censé l’être. Ce manque de grumeaux pourrait signifier qu’il y a un écart avec celui d’Einstein théorie de la relativité générale, que les scientifiques utilisent pour comprendre comment les structures de notre univers ont évolué sur 13 milliards d’années.

« Si cette disparité est vraie, alors peut-être qu’Einstein avait tort », a déclaré Niall Jeffrey, l’un des co-responsables du Dark Energy Survey (DES) et cosmologiste à l’École Normale Supérieure, à Paris, a déclaré à BBC News

L’équipe DES a compilé un catalogue de centaines de millions de galaxies et a utilisé de minuscules distorsions dans la forme de ces galaxies pour mesurer les statistiques vitales de l’univers. Presque toutes ces mesures ont confirmé la Big Bang modèle de cosmologie, dans lequel toute la matière de l’univers s’est étendue à partir d’un point incroyablement chaud et incroyablement petit.

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Mais l’une de ces mesures – l’agrégation de la matière – était un peu erronée. Si l’univers est plus lisse que prévu, cela signifierait que notre compréhension de l’évolution des structures dans l’univers, qui est basée sur la théorie de la relativité générale d’Einstein, serait erronée.

Alors que certains gros titres proclament déjà qu’Einstein s’est trompé et que les physiciens doivent réviser leurs modèles, la réalité est beaucoup plus nuancée. C’est parce que l’écart n’est pas encore un slam dunk statistique.

Le plus grand sondage jamais réalisé

Plus de 400 scientifiques de 25 institutions de sept pays travaillent sur DES, l’une des plus grandes collaborations astronomiques de l’histoire. L’équipe a utilisé le télescope Victor M Blanco de 4 mètres (13,1 pieds) de l’observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili pour observer un huitième de l’ensemble du ciel nocturne au cours de 758 nuits d’observation.

Le projet d’observation a commencé en 2013 et s’est terminé en 2019. Mais l’observation était la partie la plus facile : la collaboration DES a mis deux ans pour publier ses derniers résultats, qui ne prennent en compte que les données des trois premières années d’observations.

Et c’est bluffant.

Le communiqué, décrit dans une avalanche de 29 articles scientifiques, contient des observations détaillées de 226 millions de galaxies, ce qui en fait le relevé de galaxies le plus vaste et le plus détaillé de l’histoire.

Cet énorme catalogue ne représente encore que moins d’un dixième de pour cent de toutes les galaxies de l’univers observable, mais c’est un début.

La nouvelle étude s’est appuyée sur cette caméra à énergie sombre de 570 mégapixels sur le télescope Victor M. Blanco de 4 mètres, montré ici à l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili. (Crédit image : Reidar Hahn, Laboratoire Fermi)

Prendre la mesure du cosmos

DES a utilisé son trésor de galaxies pour étudier deux caractéristiques principales de notre cosmos. L’un s’appelle la toile cosmique. Il s’avère que les galaxies ne sont pas dispersées au hasard dans l’univers, mais qu’elles sont plutôt organisées selon le plus grand motif trouvé dans la nature. Aux plus grandes échelles, les astronomes trouvent des amas géants de galaxies appelés amas, de longs filaments de galaxies, de larges parois et de vastes vides cosmiques vides.

La toile cosmique est un objet dynamique, et elle a évolué jusqu’à son état actuel au cours de milliards d’années. Les astrophysiciens pensent qu’il y a longtemps, la matière dans l’univers était beaucoup plus uniformément distribuée. En étudiant l’évolution de la toile cosmique, les scientifiques du DES peuvent comprendre de quoi est fait l’univers et comment il se comporte. C’est parce que le contenu de l’univers dicte son évolution, tout comme changer les ingrédients de votre recette de gâteau préférée change la façon dont il sort du four.

DES utilise également quelque chose appelé lentille gravitationnelle faible. Nous savons d’après la théorie de la relativité générale d’Einstein qu’un objet la gravité peut courber le chemin de la lumière. Les exemples les plus célèbres de ceci viennent des amas de galaxies ; leur masse incroyable peut tellement déformer la lumière des galaxies d’arrière-plan que ces galaxies semblent très étirées et allongées pour les observateurs.

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DES utilise une version beaucoup plus subtile de cet effet de lentille. Il recherche de minuscules changements dans la forme des galaxies dus à la lumière de ces galaxies traversant des milliards d’années-lumière d’espace. En comparant ces formes galactiques à ce à quoi nous savons que les galaxies ressemblent à partir d’études de l’univers proche, les astronomes du DES peuvent cartographier la distribution de la matière dans le cosmos.

Quelque chose ne va pas

La collaboration DES a comparé leurs résultats à ceux d’autres études majeures, telles que l’étude Planck du fond diffus cosmologique, l’écho du Big Bang révélé dans une faible lueur de rayonnement qui imprègne l’univers. Leurs résultats correspondaient presque parfaitement aux observations existantes et à la théorie cosmologique dominante : nous vivons dans un univers en expansion vieux d’environ 13,7 milliards d’années, dont la masse-énergie est constituée d’environ un tiers de matière (dont la majeure partie est matière noire), avec le reste en énergie noire.

Mais une mesure s’est démarquée : un paramètre appelé S8, qui caractérise la quantité de grumeaux dans l’univers. Plus la valeur de S8 est élevée, plus la matière s’agglutine étroitement. Les nouveaux résultats DES favorisent une valeur pour S8 de 0,776, tandis que les résultats plus anciens de Planck ont ​​montré une valeur légèrement plus élevée, 0,832.

Les résultats de Planck proviennent de mesures de l’univers primitif, tandis que les résultats DES proviennent de plus tard dans l’univers. Ces deux nombres devraient concorder, et s’ils sont vraiment différents, alors notre compréhension de la croissance et de l’évolution des structures géantes au cours du temps cosmique – qui repose sur notre compréhension de la gravité à travers la théorie de la relativité générale d’Einstein – pourrait être erronée. Parce que personne ne s’attendait à trouver cet écart, les astrophysiciens n’ont pas exploré exactement quelles parties de la relativité peuvent être imparfaites.

Faites la une des journaux saluant les résultats du DES comme une faille majeure dans les fondements de nos théories cosmologiques modernes. « J’ai passé ma vie à travailler sur cette théorie [of structure formation] et mon cœur me dit que je ne veux pas le voir s’effondrer », a déclaré à BBC News Carlos Frenk, cosmologue à l’université de Durham en Angleterre, qui n’était pas associé au DES. « Mais mon cerveau me dit que les mesures étaient correctes, et nous devons envisager la possibilité d’une nouvelle physique. »

Mais ce que ces titres (et articles) négligent de mentionner, c’est l’incertitude. Chaque mesure comporte une incertitude – les scientifiques ne peuvent être précis compte tenu de la quantité de données disponibles. Lorsque les incertitudes statistiques sont incluses, les résultats DES et Planck se chevauchent généralement. Pas beaucoup – donc la différence mérite d’être approfondie – mais pas assez pour déclencher l’alarme. Dans le langage des statistiques, les deux mesures ne sont décalées que de 2,3 écarts-types, ce qui signifie que s’il n’y avait vraiment pas de différence réelle entre les valeurs de S8 et que les observations devaient être répétées 100 fois, elles donneraient le même (ou plus ) différence 98 fois. C’est bien en deçà des 5 écarts types habituellement nécessaires pour annoncer une nouvelle découverte.

Voyons ce qu’apporte encore trois années de données.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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