Crédit d'image: Chandra
Énergie noire. Existe-t-il et quelles sont ses propriétés? En utilisant des images d'amas de galaxies de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA, les astronomes ont appliqué une nouvelle méthode puissante pour détecter et sonder l'énergie sombre. Les résultats offrent des indices intrigants sur la nature de l'énergie sombre et le sort de l'Univers. Le Marshall Center gère le programme Chandra.
Photo: Image composite de l'amas de galaxies Abell 2029 (optique: NOAO / Kitt Peak / J.Uson, D.Dale; rayons X: NASA / CXC / IoA / S.Allen et al.)
Les astronomes ont détecté et sondé l'énergie sombre en appliquant une nouvelle méthode puissante qui utilise des images d'amas de galaxies réalisées par l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA. Les résultats retracent la transition de l'expansion de l'Univers d'une phase de décélération à une phase d'accélération il y a plusieurs milliards d'années, et donnent des indices intrigants sur la nature de l'énergie sombre et le sort de l'Univers.
"L'énergie sombre est peut-être le plus grand mystère de la physique", a déclaré Steve Allen de l'Institut d'astronomie (IoA) de l'Université de Cambridge en Angleterre, et chef de file de l'étude. "En tant que tel, il est extrêmement important de faire un test indépendant de son existence et de ses propriétés."
Allen et ses collègues ont utilisé Chandra pour étudier 26 amas de galaxies à des distances correspondant à des temps de trajet lumineux compris entre un et huit milliards d'années. Ces données couvrent le temps où l'Univers a ralenti depuis son expansion d'origine, avant d'accélérer à nouveau en raison de l'effet répulsif de l'énergie sombre.
"Nous constatons directement que l'expansion de l'Univers s'accélère en mesurant les distances à ces amas de galaxies", a déclaré Andy Fabian également de l'IoA, co-auteur de l'étude. Les nouveaux résultats de Chandra suggèrent que la densité d'énergie sombre ne change pas rapidement avec le temps et peut même être constante, conformément au concept de «constante cosmologique» introduit pour la première fois par Albert Einstein. Si tel est le cas, l'Univers devrait continuer de s'étendre pour toujours, de sorte que dans plusieurs milliards d'années, seule une infime fraction des galaxies connues sera observable.
Si la densité d'énergie sombre est constante, des destins plus dramatiques pour l'Univers seraient évités. Il s'agit notamment du «Big Rip», où l'énergie sombre augmente jusqu'à ce que les galaxies, les étoiles, les planètes et, éventuellement, les atomes soient finalement déchirés. Le «Big Crunch», où l'Univers finit par s'effondrer sur lui-même, serait également exclu.
La sonde de Chandra sur l'énergie sombre repose sur la capacité unique des observations aux rayons X à détecter et à étudier le gaz chaud dans les amas de galaxies. À partir de ces données, le rapport de la masse du gaz chaud et de la masse de la matière noire dans un cluster peut être déterminé. Les valeurs observées de la fraction gazeuse dépendent de la distance présumée de l'amas, qui à son tour dépend de la courbure de l'espace et de la quantité d'énergie sombre dans l'univers.
Parce que les amas de galaxies sont si grands, on pense qu'ils représentent un bon échantillon du contenu de la matière dans l'univers. Si c'est le cas, les quantités relatives de gaz chauds et de matière noire devraient être les mêmes pour chaque groupe. En utilisant cette hypothèse, Allen et ses collègues ont ajusté l'échelle de distance pour déterminer celle qui correspondait le mieux aux données. Ces distances montrent que l'expansion de l'Univers a d'abord décéléré puis a commencé à s'accélérer il y a environ six milliards d'années.
Les observations de Chandra concordent avec les résultats de la supernova, y compris ceux du télescope spatial Hubble (HST), qui ont d'abord montré l'effet de l'énergie sombre sur l'accélération de l'Univers. Les résultats de Chandra sont complètement indépendants de la technique de la supernova - à la fois dans la longueur d'onde et les objets observés. Cette vérification indépendante est la pierre angulaire de la science. Dans ce cas, cela aide à dissiper les doutes qui subsistent quant au fait que la technique de la supernova soit défectueuse.
"Notre méthode Chandra n'a rien à voir avec d'autres techniques, donc ils ne comparent certainement pas les notes, pour ainsi dire", a déclaré Robert Schmidt de l'Université de Potsdam en Allemagne, un autre coauteur de l'étude.
De meilleures limites sur la quantité d'énergie sombre et sa variation dans le temps sont obtenues en combinant les résultats des rayons X avec les données de la sonde d'anisotropie à micro-ondes de la NASA (WMAP), qui a utilisé des observations du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes pour découvrir des preuves d'énergie sombre dans l'Univers très précoce. En utilisant les données combinées, Allen et ses collègues ont découvert que l'énergie sombre représente environ 75% de l'Univers, la matière noire environ 21% et la matière visible environ 4%.
Allen et ses collègues soulignent que les incertitudes dans les mesures sont telles que les données sont cohérentes avec une énergie sombre ayant une valeur constante. Les données actuelles de Chandra permettent cependant la possibilité que la densité d'énergie sombre augmente avec le temps. Des études plus détaillées avec Chandra, HST, WMAP et avec la future mission Constellation-X devraient fournir des contraintes beaucoup plus précises sur l'énergie sombre.
"Tant que nous ne comprendrons pas mieux l'accélération cosmique et la nature de l'énergie noire, nous ne pouvons pas espérer comprendre le destin de l'Univers", a déclaré le commentateur indépendant Michael Turner, de l'Université de Chicago.
L'équipe chargée de la recherche comprenait également Harald Ebeling de l'Université d'Hawaï et feu Leon van Speybroeck du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Ces résultats seront publiés dans un prochain numéro des avis mensuels de la Royal Astronomy Society.
Le Marshall Space Flight Center de la NASA, à Huntsville, en Alberta, gère le programme Chandra pour le Bureau des sciences spatiales de la NASA, Washington. Northrop Grumman de Redondo Beach, Californie, anciennement TRW, Inc., était le principal entrepreneur de développement de l'observatoire. Le Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques et aériennes du Chandra X-ray Center à Cambridge, Mass.
Des informations supplémentaires et des images sont disponibles sur:
http://chandra.harvard.edu/
et
http://chandra.nasa.gov/
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
