Le trou noir supermassif au centre d'une galaxie lointaine est entouré d'un tore poussiéreux de matière tombant dedans. D'énormes quantités de lumière sont émises, rendant les quasars beaucoup plus lumineux que les galaxies typiques, et les quasars lointains peuvent donc être utilisés pour cartographier l'univers lointain. Crédit :site web du télescope Hubble
Les astronomes ont construit la première carte de l'univers basée sur les positions des trous noirs supermassifs, qui révèle la structure à grande échelle de l'univers.
La carte mesure avec précision l'histoire de l'expansion de l'univers jusqu'à l'époque où l'univers avait moins de trois milliards d'années. Cela aidera à améliorer notre compréhension de « l'énergie sombre », le processus inconnu qui accélère l'expansion de l'univers.
La carte a été créée par des scientifiques du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), une collaboration internationale incluant des astronomes de l'Université de Portsmouth.
Dans le cadre du SDSS Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (eBOSS), les scientifiques ont mesuré les positions des quasars - des disques de matière extrêmement brillants tourbillonnant autour de trous noirs supermassifs au centre de galaxies lointaines. La lumière qui nous parvient de ces objets est partie à une époque où l'univers avait entre trois et sept milliards d'années, bien avant que la Terre n'existe.
Les résultats de la carte confirment le modèle standard de cosmologie que les chercheurs ont construit au cours des 20 dernières années. Dans ce modèle, l'univers suit les prédictions de la théorie de la relativité générale d'Einstein mais comprend des composants qui, alors que nous pouvons mesurer leurs effets, nous ne comprenons pas ce qui les provoque.
Avec la matière ordinaire qui compose les étoiles et les galaxies, L'énergie noire est la composante dominante à l'heure actuelle, et il a des propriétés spéciales qui signifient qu'il accélère l'expansion de l'univers.
La plus grande carte tridimensionnelle de l'univers. La Terre est à gauche, et les distances aux galaxies et aux quasars sont étiquetées par le temps d'analyse des objets (le temps d'analyse signifie combien de temps la lumière d'un objet a voyagé pour nous atteindre ici sur Terre). Les emplacements des quasars (galaxies avec des trous noirs supermassifs) sont indiqués par les points rouges, et les galaxies plus proches cartographiées par SDSS sont également affichées (en jaune). Le bord droit de la carte est la limite de l'univers observable, d'où nous voyons le fond diffus cosmologique (CMB) - la lumière "restée" du Big Bang. Les fluctuations du CMB observées par la récente mission du satellite Planck de l'ESA sont présentées. La majeure partie de l'espace vide entre les quasars et le bord de l'univers observable date des « âges sombres », avant la formation de la plupart des étoiles, galactique, ou quasars. Crédit :Anand Raichoor et la collaboration SDSS
Will Perceval, Professeur de cosmologie à l'Université de Portsmouth, qui est le scientifique de l'enquête eBOSS a déclaré :« Même si nous comprenons comment fonctionne la gravité, nous ne comprenons toujours pas tout - il reste la question de savoir ce qu'est exactement l'énergie noire. Nous aimerions mieux comprendre l'énergie noire. Pas avec des faits alternatifs, mais avec la vérité scientifique, et des enquêtes telles que eBOSS nous aident à approfondir notre compréhension de l'univers."
Pour faire la carte, les scientifiques ont utilisé le télescope Sloan pour observer plus de 147, 000 quasars. Ces observations ont donné à l'équipe les distances des quasars, qu'ils ont utilisé pour créer une carte en trois dimensions de l'emplacement des quasars.
Mais pour utiliser la carte pour comprendre l'histoire de l'expansion de l'univers, les astronomes ont dû aller plus loin et mesurer l'empreinte des ondes sonores, appelées oscillations acoustiques baryoniques (BAO), voyager dans l'univers primitif. Ces ondes sonores ont voyagé lorsque l'univers était beaucoup plus chaud et plus dense que l'univers que nous voyons aujourd'hui. Quand l'univers avait 380, 000 ans, les conditions ont changé soudainement et les ondes sonores sont devenues « gelées » sur place. Ces ondes gelées sont imprimées dans la structure tridimensionnelle de l'univers que nous voyons aujourd'hui.
En utilisant la nouvelle carte, la taille observée du BAO peut être utilisée comme une « règle standard » pour mesurer les distances dans notre univers. "Vous avez des mètres pour les petites unités de longueur, kilomètres ou miles pour les distances entre les villes, et nous avons le BAO pour les distances entre les galaxies et les quasars en cosmologie, " a expliqué Pauline Zarrouk, doctorant à l'Irfu/CEA, Université Paris-Saclay, qui a mesuré la distribution de la taille observée de la BAO.
Les résultats actuels couvrent une plage de périodes où ils n'ont jamais été observés auparavant, mesurer les conditions lorsque l'univers n'avait que trois à sept milliards d'années, plus de deux milliards d'années avant la formation de la Terre.
L'expérience eBOSS se poursuit avec le télescope Sloan, à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique, ETATS-UNIS, observer plus de quasars et de galaxies plus proches, augmenter la taille de la carte produite. Une fois terminé, une nouvelle génération de relevés du ciel va commencer, y compris l'instrument spectroscopique à énergie noire (DESI) et la mission satellite Euclid de l'Agence spatiale européenne. Celles-ci vont décupler la fidélité des cartes par rapport à eBOSS, révélant l'univers et l'énergie noire avec des détails sans précédent.
