L’essentiel du contenu de l’Univers, soit environ 70%, est dominé par une composante énergétique qui n’est ni matière ni rayonnement : l’énergie noire. Cette composante mystérieuse observée pour la première fois en 1998 avec des supernovae a révolutionné notre vision de l’évolution de l’Univers et constitue l’une des découvertes majeures de la fin du XXe siècle.
Une échelle caractéristique d'environ 500 millions d’années lumière, jouant le rôle d’un « mètre-étalon », est présente dans la distribution de matière à l'échelle cosmique. Cette échelle résulte des oscillations baryoniques acoustiques (BAO) qui se sont propagées dans l'univers primordial et se sont figées au moment de la recombinaison, lorsque l'univers avait quelques centaines de milliers d'années. L’étude de la répartition des galaxies pour différents âges de l’Univers permet de mesurer ce « mètre-étalon ». On sonde ainsi l’énergie noire qui constitue aujourd'hui la composante principale régissant l'évolution à grande échelle de l'Univers. Cette méthode a déjà donné des résultats prometteurs pour de grands relevés optiques de galaxies (SDSS).
L'Irfu participe aux seconde et troisième générations de relevés optiques SDSS, avec le relevé spectroscopique BOSS, dans le cadre de la collaboration internationale SDSS-III et eBOSS dans le cadre de SDSS-IV. L’un des aspects de programmes BOSS et eBOSS vise à analyser le spectre Lyman-alpha de quasars distants, qui permettent d'étudier la distribution de la matière dans l'univers grâce à l'absorption de l'hydrogène le long de la ligne de visée. Le programme BOSS a observé ses premiers quasars en septembre 2009 et il devrait continuer jusqu'en 2014 pour réaliser au final le spectre de plus de 100 000 quasars.
Une des cartouches de Boss contenant mille fibres optiques, qui guident la lumière des galaxies et quasars à mesurer vers les spectrographes. En arrière-plan, le télescope de SDSS.
Prototype de réflecteur cylindrique installé à Pittsburgh pour valider le concept.
Le groupe BAO s'intéresse aussi à une autre méthode qui consiste à détecter les galaxies en radio, par la raie à 21 cm (~1.4 GHz) émise par l’hydrogène neutre. Le décalage de cette raie dû à l’expansion de l’Univers donne accès à la troisième coordonnée, le long de la ligne de visée. Les développements récents en électronique dans la gamme de fréquence autour du GHz, utilisée par la téléphonie mobile, rendent ce projet technologiquement réalisable. Un projet récemment à l'étude, le CRT (Cylindrical Radio Telescope), permettait par exemple de sonder un volume de plus de cinq milliards d’années lumière de rayon. D'autres programmes de ce type sont pour l'instant en phase de R&D. La raie à 21 cm est donc une sonde prometteuse de la distribution en 3D de la matière dans le cosmos. En exploitant l'échelle universelle de longueur BAO, on espère pouvoir exploiter cette sonde pour étudier l'accélération de l'expansion cosmique dans l'histoire relativement récente de l'Univers.
Nathalie Palanque-Delabrouille
• Structure et évolution de l'Univers › Univers sombre
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département de Physique des Particules (DPhP)
• Laboratoire d'étude mécanique et d'intégration des détecteurs (LEMID) • Laboratoire d'intégration des systèmes électroniquesde traitement et d'acquisition (LISETA) • Système temps réel, électronique d'acquisition et microélectronique (STREAM) • Cosmologie
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Dernière mise à jour : 21-11-2024
