Comment la plus grande carte de l’Univers en 3D a-t-elle été créée ?

Jamais l’Univers n’avait été cartographié de façon aussi précise. Des astrophysiciens ont présenté la plus grande carte de l’Univers en trois dimensions ce 20 juillet 2020. La carte résume plus de 11 milliards d’années de l’expansion de l’Univers (au lieu de 6 auparavant), depuis ses prémisses (lorsqu’il était âgé de 380 000 ans).

Il a fallu plus de 20 ans pour aboutir à ce résultat. Les scientifiques ont travaillé dans le cadre du Sloan Digital Sky Survey (SDSS, signifiant littéralement « relevé numérique du ciel Sloan »), un programme de relevé d’objets célestes mobilisant un télescope de l’observatoire d’Apache Point au Nouveau-Mexique (États-Unis). Grâce à ces données, les scientifiques peuvent combler des manques dans l’histoire cosmologique et mieux cerner le phénomène de l’expansion de l’Univers.

Pour aller plus loin

Pourquoi est-il si important de savoir à quelle vitesse l’Univers s’étend ?

La carte mesurée par SDSS avec, en couleur, les différents objets astronomiques utilisés.

Source : Anand Raichoor (EPFL) and SDSS © Anand Raichoor (EPFL) and SDSS

Des « traceurs » différents en fonction des époques

Pour obtenir une carte précise, les scientifiques ont utilisé différents « traceurs », c’est-à-dire des objets astronomiques, qui montrent quelle était la distribution dans la masse de l’Univers, en fonction des époques étudiées. L’image ci-dessus représente par des couleurs les différents types d’objets célestes utilisés.

• Pour étudier l’Univers d’il y a 6 milliards d’années, ce sont les galaxies les plus anciennes et les plus rouges qui ont servi. C’est l’échantillon le plus imposant de SDSS (et celui qui permet d’obtenir les mesures les plus précises),
• Pour étudier l’Univers plus lointain, ce sont les galaxies les plus jeunes, les plus bleues (en train de former des étoiles), qui ont été mobilisées,
• Jusqu’à il y a 11 milliards d’années, ce sont les quasars qui ont été utilisés (des galaxies dont le trou noir supermassif central est à l’origine d’une lumière très importante, lorsque la matière est avalée par le trou noir).

Vous pouvez vous-même explorer cette carte de l’Univers dans une animation (en anglais), accessible ici. En cliquant sur les chiffres, il est possible de retrouver les types d’objets qui ont été mobilisés pour retracer l’évolution de l’Univers.

Animation de la carte de l'Univers en 3D.

Source : Capture d'écran SDSS 3D Volumes Cheng Zhao

Mieux contraindre les propriétés de la mystérieuse énergie noire

Les données révèlent que l’expansion de l’Univers s’est accélérée il y a environ 6 milliards d’années, et que cette accélération perdure depuis. C’est l’énergie noire, une composante hypothétique invisible (jamais observée), qui pourrait être à l’origine de ce phénomène. Par ailleurs, les données de SDSS renforcent l’écart constaté entre deux mesures du taux d’expansion (la célèbre constante de Hubble). Une hypothèse envisagée est qu’une forme de matière ou d’énergie venant de l’Univers jeune ait laissé une trace dans son évolution.

Grâce à tous ces éléments, il devient possible de mieux contraindre des caractéristiques fondamentales de notre Univers, comme sa courbure ou la densité de l’énergie noire. On obtient ainsi un Univers sans courbure et une énergie noire dont la densité est constante.

Pour aller plus loin

Comment un seul atome aide à chercher la mystérieuse énergie noire

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