En utilisant des quasars, des objets extrêmement brillants alimentés par des trous noirs supermassifs, comme indicateurs cosmiques, le groupe a mesuré avec précision la vitesse d’expansion de l’univers il y a 13 milliards d’années. Ils ont découvert qu’à cette époque, l’univers était environ cinq fois plus lent qu’il ne l’est aujourd’hui. Il s’agit de l’aperçu le plus détaillé jamais réalisé sur l’univers alors qu’il n’avait qu’environ 890 millions d’années.
Le taux d'expansion, ou constante de Hubble, est un ingrédient clé pour mesurer l'âge et l'évolution de l'univers. En effectuant des mesures précises de la constante de Hubble à différents moments, les astronomes peuvent apprendre comment le taux d'expansion a changé au fil du temps et contraindre les propriétés de l'univers, notamment la quantité de matière normale, de matière noire et d'énergie noire.
Le nouveau résultat confirme les modèles basés sur la théorie cosmologique dominante de l'univers, connue sous le nom de modèle de matière noire froide Lambda, qui postule qu'environ 70 pour cent de l'univers est constitué d'énergie noire et 25 pour cent de matière noire, avec seulement environ cinq pour cent de matière normale. .
L'équipe était dirigée par Patrick Petitjean, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'Université d'État de l'Ohio, ainsi que par Jeffrey Cooke, ancien boursier postdoctoral de l'État de l'Ohio et actuel boursier Enrico Fermi à l'Université de Chicago, et par l'astronome de l'ESO au Chili, Jean-Philippe Uzan.
Les résultats sont publiés dans le numéro du 25 janvier de la revue Science.
Les chercheurs ont observé deux quasars très éloignés derrière des amas massifs de galaxies avec le spectrographe multi-objets DEep Imaging (DEIMOS) du télescope Keck II à Hawaï. Les énormes champs gravitationnels des amas de galaxies courbent et amplifient la lumière des objets éloignés situés derrière eux, agissant comme des lentilles géantes qui permettent aux astronomes de voir des objets plus faibles et plus éloignés.
Cette technique particulière, connue sous le nom de lentille gravitationnelle forte, fournit des télescopes naturels qui grossissent les quasars de fond, permettant ainsi aux astronomes de mesurer de minuscules déplacements dans la lumière des quasars provoqués par l'expansion de l'univers entre les deux objets extrêmement éloignés.
Le grossissement dû à la lentille gravitationnelle a permis aux astronomes de détecter des fluctuations de lumière qui se produisaient sur des périodes de temps très courtes, leur permettant ainsi de mesurer efficacement le taux d'expansion de l'univers sur quelques dizaines de millions d'années seulement.
"Il s'agit actuellement de la mesure la plus précise du taux d'expansion de l'univers jamais réalisée", a déclaré Cooke, auteur principal de l'étude actuellement à l'université de Chicago. "Nous avons dû utiliser des quasars agrandis par des lentilles gravitationnelles pour obtenir un signal significatif."
"Les lentilles gravitationnelles permettent d'utiliser les quasars comme règles pour mesurer la distance entre deux points de l'univers séparés de plusieurs milliards d'années", a expliqué Petitjean. "Cette règle cosmique nous permet de mesurer avec précision le taux d'expansion de l'univers, en fournissant des contraintes aux composants les plus mystérieux de l'univers :la matière noire et l'énergie noire."
Il a ajouté qu'ils ont de la chance qu'il y ait des amas de premier plan entre les quasars et nous, car cette distorsion gravitationnelle a permis à l'équipe de mesurer le taux d'expansion sur une période très précoce de l'univers.
L’équipe prévoit de continuer à faire des observations similaires pour fournir des mesures encore plus précises de l’évolution du taux d’expansion de l’univers au fil du temps. Ces observations aideront les astronomes à contraindre davantage les modèles d’évolution de l’univers et à déterminer la nature des substances mystérieuses qui imprègnent une grande partie du cosmos mais qui restent indétectables par les télescopes.
