Pour retracer l’histoire de l’Univers, les physiciens ont besoin d’en faire des images à ses différents âges et ce jusqu’à des temps remontant à des dizaines de milliards d’années.
Les scientifiques du Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), dont un groupe de l’Irfu et du CNRS (IN2P3 et INSU) font partie, ont réalisé la plus grande carte de l'Univers lointain à partir du relevé BOSS (Baryon Oscillations Spectroscopic Survey). Cette carte en trois dimensions montre la position dans l’espace et dans le temps des nuages de gaz d'hydrogène intergalactique. Elle a été obtenue en utilisant la lumière des objets les plus brillants du cosmos, les quasars, qui éclairent ces nuages que l’on peut alors imager. Plus de 14 000 quasars ont été utilisés pour réaliser cette première carte de l’hydrogène de l’Univers, dont la 3e dimension permet de remonter le temps. Fin 2014, une nouvelle carte sera établie à l’aide de d’un nombre de quasars dix fois supérieur. Elle offrira alors un aperçu inédit de l'Univers tel qu’il existait il y a 11 milliards d'années et elle permettra d’étudier comment l'expansion de l'Univers a évolué au cours de son histoire.
Le quasar, un phare en arrière-plan sur des nuages de gaz
Les quasars sont des objets très lumineux dont l'énergie provient de trous noirs géants. Ils sont visibles à des milliards d'années-lumière de distance. Lorsque la lumière d'un quasar effectue son long trajet vers la Terre, elle passe à travers des nuages de gaz d'hydrogène intergalactique . La raie Ly-a est caractéristique du spectre de cet hydrogène neutre. Les nuages absorbent cette lumière à des longueurs d'onde spécifiques, dépendant de leur distance. Cette absorption imprime un motif irrégulier dans la lumière du quasar connu sous le nom de «forêt Lyman-a ». Chaque raie qui apparaît en creux dans le spectre (car il s’agit d’une absorption) correspond à un nuage d'hydrogène.
Spectre à haute résolution d'un quasar ; on distingue la forêt Ly- entre les pics Ly- et Ly- propres au quasar observé.
Zoom sur la carte de l'Univers en 3 dimensions, avec des zones riches (en rouge) ou pauvres (en bleu) en hydrogène
Chasseurs de quasars
Les équipes françaises1 composées d’un groupe de physiciens du service de physique des particules de l’Irfu, et des équipes des laboratoires du CNRS (IN2P3 et INSU) ont joué un rôle majeur dans l’obtention de ces résultats. D’une part, elles sont responsables de l'identification et de la sélection des quasars qui sont ensuite observés par le télescope Sloan et le spectrographe de BOSS. Également chargé de l'identification et de la validation de ces quasars à partir de leur «spectre» ,le groupe français a fourni le catalogue de quasars qui a été utilisé dans cette étude et a contribué à l'analyse des données.
C'est ainsi la première fois que la forêt Lyman-a est utilisée pour mesurer la structure tridimensionnelle de l'Univers, que l’on peut voir sur la figure ci-dessous.
Vers une carte permettant d’étudier l’expansion de l’Univers
Lorsque les observations BOSS seront achevées en 2014, ce seront 150 000 quasars qui auront permis de faire une nouvelle carte de l’univers, dix fois plus grande que celle publiée aujourd'hui.
Le but de BOSS est d'utiliser les mesures des fluctuations de densité dans ces cartes pour étudier comment l'expansion de l'Univers a changé au cours de son histoire, et fournir des informations sur la nature de l'énergie noire.
1 Laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS / université Paris 7 / CEA / Observatoire de Paris), Institut d’astrophysique de Paris (CNRS / université Paris 6), Service de physique des particules du CEA (Institut de recherches sur les lois fondamentales de l’Univers, CEA/Irfu), Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS / université de Provence / Observatoire astronomique de Marseille-Provence).
Pour en savoir plus
Article en ligne : http://arxiv.org/abs/1104.5244
Site web SDSS-III : http://www.sdss3.org
Contacts :
Irfu/SPP : Christophe YECHE
IN2P3/APC : Éric Aubourg
INSU/IAP: Patrick Petitjean
• Structure et évolution de l'Univers › Evolution des grandes structures et des galaxies
• Le Département de Physique des Particules (DPhP)
• BAO
