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Vers la fin de la constante cosmologique ? Les nouveaux résultats de la collaboration DESI renforcent cette hypothèse

par Tristan Beau - 20 mars

À retenir :

  • La collaboration DESI a publié une nouvelle analyse de l’énergie noire à partir de ses trois premières années de prise de données, qui couvrent près de 15 millions de galaxies et de quasars lien vidéo pour visualiser la cartographie de l’Univers.
  • Les chercheurs ont combiné les données de DESI avec des informations provenant de l’étude du fond diffus cosmologique, des supernovae et de l’effet de lentille gravitationnelle faible.
  • Le modèle cosmologique actuel, basé sur la constante cosmologique, peine à expliquer l’ensemble des observations. Cependant un modèle dans lequel l’influence de l’énergie noire évolue au fil du temps semble bien correspondre aux données.

Les nouveaux résultats de DESI avec trois ans de données sont en parfait accord avec ceux obtenus en avril et novembre dernier avec 1 an de données, et ils apportent les meilleures contraintes à ce jour sur les paramètres de notre modèle cosmologique actuel. Toutefois, des craquelures dans le modèle commencent à surgir dès lors qu’on essaye d’expliquer différentes observations de notre Univers, comme ces premiers photons émis dans l’Univers 380 000 ans après le Big Bang et qui constituent le fond diffus cosmologique ou encore les explosions thermonucléaires d’étoiles que nous appelons des supernovae de type 1a.
Enfin, les nouveaux résultats de DESI confirment et renforcent la préférence pour un modèle où l’énergie noire varie au cours du temps que l’analyse avec 1 an de données avait déjà montré en avril dernier. Selon l’échantillon de supernovae considéré, la préférence pour un modèle d’énergie noire dynamique par rapport à la constante cosmologique peut atteindre 4.2sigma quand le standard de significance pour une découverte en physique est à 5sigma. Cette préférence des données pour un modèle d’énergie noire qui varie au cours du temps serait la première piste, depuis la découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers il y a 25 ans, vers une compréhension plus fine de la nature de l’énergie noire !

Figure : Valeurs autorisées par les données DESI combinées au fond diffus cosmologique (CMB) et à trois échantillons de supernovae de type Ia (Pantheon+, Union3 et DESY5) sur les paramètres décrivant l’énergie noire. La constante cosmologique correspond aux tirets : w0 = -1, wa = 0.
Credit : Cristhian Garcia-Quintero/DESI collaboration

La technique d’analyse utilisée pour obtenir ces nouveaux résultats avec 3 ans de données avait déjà été testée, raffinée et appliquée aux données collectées pendant 1 an par DESI. Cette technique utilise un motif dans la distribution spatiale des galaxies sous la forme d’une distance caractéristique appelée l’échelle de distance des oscillations acoustiques des baryons (BAO). Ce motif provient de l’époque où l’Univers, très jeune, ressemblait à une soupe chaude de matière, incluant les composants élémentaires de l’hydrogène et de l’hélium collectivement appelés les baryons, et de radiation, en particular les photons, ces particules de lumière. De minuscules fluctuations de matière et de radiation se sont propagées sous la forme d’ondes de pression dans cet Univers primordial. Puis l’Univers s’étend et se refroidit, les premiers atomes se forment et les ondes de pression formées par le plasma de baryons et de photons se sont figent, augmentant ainsi la densité de matière dans des zones où se formeront les futures galaxies. Cette échelle de distance caractéristique entre les galaxies, qu’elles soient proches ou lointaines, est alors utilisée comme un étalon standard pour mesurer l’évolution des distances au cours du temps et retracer l’histoire de l’expansion de l’Univers sur 11 milliards d’années.


Figure : Les oscillations acoustiques de baryons ont une taille caractéristique, qui change uniquement à cause de l’expansion de l’espace-temps lui-même. En étudiant ce motif à différents moments de l’histoire de l’univers, les chercheurs cartographient l’expansion de l’Univers afin de comprendre le mécanisme à l’origine de son expansion accélérée au cours des derniers 7 milliards d’années.
Credit : Gabriela Secara, Institut Périmètre

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