La carte SDSS est représentée sous la forme d'un arc-en-ciel de couleurs, situé dans l'Univers observable (la sphère extérieure, montrant les fluctuations du fond diffus cosmologique). Nous sommes situés au centre de cette carte. L'encart pour chaque section codée par couleur de la carte comprend une image d'une galaxie ou d'un quasar typique de cette section, et aussi le signal du motif que l'équipe eBOSS y mesure. Alors que nous regardons au loin, nous regardons dans le temps. Donc, la localisation de ces signaux révèle le taux d'expansion de l'Univers à différents moments de l'histoire cosmique. Crédit :Anand Raichoor (EPFL), Ashley Ross (Ohio State University) et la collaboration SDSS
Le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a publié aujourd'hui une analyse complète de la plus grande carte tridimensionnelle de l'univers jamais créée, combler les lacunes les plus importantes dans notre possible exploration de son histoire.
"Nous connaissons assez bien à la fois l'histoire ancienne de l'univers et son histoire d'expansion récente, mais il y a un trou gênant au milieu de 11 milliards d'années, " dit le cosmologue Kyle Dawson de l'Université de l'Utah, qui dirige l'équipe qui annonce les résultats d'aujourd'hui. "Pour cinq ans, nous avons travaillé pour combler cette lacune, et nous utilisons ces informations pour fournir certaines des avancées les plus substantielles de la cosmologie au cours de la dernière décennie. »
Les nouveaux résultats proviennent du Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS) étendu, une collaboration internationale de plus de 100 astrophysiciens qui est l'un des volets des enquêtes du SDSS. Au cœur des nouveaux résultats se trouvent des mesures détaillées de plus de deux millions de galaxies et de quasars couvrant 11 milliards d'années de temps cosmique.
Nous savons à quoi ressemblait l'univers à ses débuts, grâce aux milliers de scientifiques du monde entier qui ont mesuré les quantités relatives d'éléments créés peu après le Big Bang, et qui ont étudié le fond diffus cosmologique. Nous connaissons également son histoire d'expansion au cours des derniers milliards d'années grâce aux cartes des galaxies et aux mesures de distance, y compris ceux des phases précédentes du SDSS.
Cette image illustre l'impact que les cartes eBOSS et SDSS ont eu sur notre compréhension du taux d'expansion et de la courbure actuels de l'Univers au cours des 20 dernières années de travail. La zone grise montre nos connaissances d'il y a 10 ans. La région bleue montre la meilleure mesure de courant, qui combine SDSS et d'autres programmes. Les tailles décroissantes des régions colorées montrent à quel point notre connaissance du taux d'expansion s'est améliorée. La contribution des données SDSS à cette amélioration est représentée par la zone rouge. Les mesures de la courbure de l'Univers sont représentées sur l'axe horizontal. Les résultats du SDSS, qui se concentre sur zéro, suggèrent que l'Univers est plat, et améliorer considérablement les contraintes d'autres expériences. L'axe vertical montre le taux d'expansion actuel de l'Univers (la constante de Hubble). Les mesures de la constante de Hubble du SDSS et d'autres relevés ne sont pas cohérentes avec les mesures des galaxies proches, qui trouvent une valeur proche de 74 dans ces unités – contre 68 pour le SDSS. Ce n'est qu'avec les données tirées du SDSS et d'autres expériences au cours de la dernière décennie qu'il a été possible de révéler cet écart. Crédit :Eva-Maria Mueller (Université d'Oxford) et la collaboration SDSS
"Pris ensemble, des analyses détaillées de la carte eBOSS et des expériences SDSS précédentes ont maintenant fourni les mesures d'historique d'expansion les plus précises sur la plus large plage de temps cosmique, " dit Will Percival de l'Université de Waterloo, Scientifique d'enquête d'eBOSS. "Ces études nous permettent de relier toutes ces mesures dans une histoire complète de l'expansion de l'univers."
Un examen attentif de la carte révèle les filaments et les vides qui définissent la structure de l'univers, à partir du moment où l'univers n'avait que 300, 000 ans. A partir de cette carte, les chercheurs mesurent les modèles de distribution des galaxies, qui donnent plusieurs paramètres clés de notre univers à une précision supérieure à un pour cent. Les signaux de ces modèles sont affichés dans les encarts dans l'image.
Cette carte représente l'effort combiné de plus de 20 ans de cartographie de l'univers à l'aide du télescope de la Fondation Sloan. L'histoire cosmique révélée sur cette carte montre qu'il y a environ six milliards d'années, l'expansion de l'univers a commencé à s'accélérer, et a continué à aller de plus en plus vite depuis. Cette expansion accélérée semble être due à une mystérieuse composante invisible de l'univers appelée « énergie noire, " conforme à la théorie de la relativité générale d'Einstein mais extrêmement difficile à concilier avec notre compréhension actuelle de la physique des particules.
La combinaison des observations d'eBOSS avec des études de l'univers à ses débuts révèle des fissures dans cette image de l'univers. En particulier, la mesure de l'équipe eBOSS du taux actuel d'expansion de l'univers (la « constante de Hubble ») est d'environ 10 % inférieure à la valeur trouvée à partir des distances jusqu'aux galaxies proches. La haute précision des données eBOSS signifie qu'il est hautement improbable que cette discordance soit due au hasard, et la riche variété de données eBOSS nous donne plusieurs façons indépendantes de tirer la même conclusion.
"Ce n'est qu'avec des cartes comme la nôtre que vous pouvez dire avec certitude qu'il y a un décalage dans la constante de Hubble, " dit Eva-Maria Mueller de l'Université d'Oxford, qui a dirigé l'analyse pour interpréter les résultats de l'échantillon complet du SDSS. "Ces dernières cartes d'eBOSS le montrent plus clairement que jamais."
Il n'y a pas d'explication largement acceptée pour cet écart dans les taux d'expansion mesurés, mais une possibilité passionnante est qu'une forme de matière ou d'énergie auparavant inconnue de l'univers primitif ait pu laisser une trace dans notre histoire.
Au total, l'équipe eBOSS a rendu publics aujourd'hui les résultats de plus de 20 articles scientifiques. Ces documents décrivent, en plus de 500 pages, les analyses de l'équipe des dernières données eBOSS, marquant l'achèvement des objectifs clés de l'enquête.
Au sein de l'équipe eBOSS, des groupes individuels dans des universités du monde entier se sont concentrés sur différents aspects de l'analyse. Pour créer la partie de la carte datant de six milliards d'années, l'équipe a utilisé grand, galaxies rouges. Plus éloigné, ils ont utilisé plus jeune, galaxies bleues. Finalement, pour cartographier l'univers onze milliards d'années dans le passé et plus, ils ont utilisé des quasars, qui sont des galaxies brillantes éclairées par de la matière tombant sur un trou noir supermassif central. Chacun de ces échantillons a nécessité une analyse minutieuse afin d'éliminer les contaminants, et révéler les modèles de l'univers.
"En combinant les données SDSS avec des données supplémentaires du fond diffus cosmologique, supernovae, et d'autres programmes, nous pouvons mesurer simultanément de nombreuses propriétés fondamentales de l'univers, " dit Mueller. " Les données SDSS couvrent une si grande bande de temps cosmique qu'elles fournissent les plus grandes avancées de toute sonde pour mesurer la courbure géométrique de l'univers, trouver qu'il est plat. Ils permettent également de mesurer le taux d'expansion locale à mieux qu'un pour cent."
eBOSS, et SDSS plus généralement, laisse le puzzle de l'énergie noire, et l'inadéquation du taux d'expansion de l'univers local et précoce, comme héritage pour les projets futurs. Au cours de la prochaine décennie, de futures enquêtes pourraient résoudre l'énigme, ou peut-être, révélera plus de surprises.
Pendant ce temps, avec le soutien continu de la Fondation Alfred P. Sloan et des membres institutionnels, le SDSS est loin d'avoir terminé sa mission de cartographier l'univers. Karen Masters du Haverford College, Porte-parole de la phase actuelle du SDSS, décrit son enthousiasme pour la phase suivante. "Le télescope de la Fondation Sloan et son quasi-jumeau à l'observatoire de Las Campanas continueront de faire des découvertes astronomiques en cartographiant des millions d'étoiles et de trous noirs à mesure qu'ils changent et évoluent au cours du temps cosmique." L'équipe SDSS est occupée à construire le matériel pour démarrer cette nouvelle phase et attend avec impatience les nouvelles découvertes des 20 prochaines années.
