La naissance, la croissance et l'avenir de notre univers sont éternellement fascinants.
Au cours des dernières décennies, les télescopes ont pu observer le ciel avec une précision et une sensibilité sans précédent.
Notre équipe de recherche sur le télescope du pole sud étudie comment l'univers a évolué et a changé au fil du temps. Nous venons de publier deux ans de cartographie de l'univers infantile sur le 1 / 25e du ciel.
Ces observations ont aiguisé notre compréhension de la nature de l'énergie sombre et du rythme auquel l'univers se développe.
Quelle est la théorie actuelle de la façon dont notre univers a commencé?
Notre modèle actuel pour le début de l'univers est connu sous le nom de «Hot Big Bang».
Il décrit la première étape de notre univers comme une boule de feu primordiale composée d'un plasma très chaud, un peu comme notre soleil.
Le Big Bang a commencé il y a environ 13,8 milliards d'années, lorsqu'un phénomène connu sous le nom d'inflation cosmique a fait se développer l'univers à un rythme plus rapidement que la vitesse de la lumière pour une fraction de seconde.
À mesure que l'univers s'est étendu et refroidi après l'inflation, la matière ordinaire (le type que nous pouvons voir et interagir) ressemblait beaucoup à notre soleil, un plasma super chauffé composé de photons, d'électrons et de noyaux d'hydrogène et d'hélium ionisés (ou chargés).
Les télescopes modernes peuvent détecter les radiations faibles de 400 000 ans après le Big Bang, connu sous le nom de fond micro-ondes cosmique (CMB). Le CMB est un instantané du plasma et des conditions à ce moment-là, lorsque la température du plasma s'était refroidi à environ la moitié de celle du soleil.
Ce refroidissement a permis au plasma de se recombiner, formant des atomes comme l'hydrogène et l'hélium. Au moment du CMB, l'univers était presque parfaitement uniforme avec seulement une partie de 100 000 variations de densité dans tout le ciel.
Notre théorie actuelle prédit que la matière noire s'effondre pour former des régions denses qui tirent la matière ordinaire à proximité. Le gaz dans ces régions denses refroidit et s'effondre pour former des galaxies et des étoiles que nous voyons aujourd'hui.
Ensemble, ces étapes constituent le meilleur modèle actuel de la formation du cosmos, connu sous le nom de la matière noire froide lambda ou du modèle Lambda-CDM.
Qu'est-ce que l'énergie sombre et pourquoi est-ce si importante?
Si l'univers ne contenait que de la matière ordinaire et de la matière noire, nous nous attendrions à ce que l'attraction gravitationnelle de toute la masse de l'univers ralentit l'expansion de l'univers de la même manière que si vous lancez une balle, la gravité de la Terre la retire.
Cependant, en 1998, les astronomes mesurant la distance des supernovae lointains ont découvert que l'expansion avait commencé à devenir plus rapide au lieu de plus lentement.
Pour expliquer cela, les scientifiques ont invoqué l'énergie noire, un quelque chose inconnu qui, contrairement à la matière, repousse la gravitation au lieu d'attire, éloignant l'univers presque comme «l'anti-gravité». La version la plus simple de l'énergie noire est l'idée originale d'Einstein pour une constante cosmologique, comme moyen d'équilibrer l'action de la gravité dans sa théorie de la relativité générale.
La mystérieuse énergie noire constitue près de 70% de l'univers aujourd'hui. Et bien que nous ne puissions pas voir l'énergie sombre directement, il détermine comment notre univers se développe et son sort éventuel.
Quelles sont les nouvelles observations?
Le télescope du pôle Sud est un télescope de 10 mètres avec 16 000 détecteurs sensibles à la lumière de la longueur d'onde millimétrique, situé à la station de pôle sud Amundsen-Scott en Antarctique.
Notre équipe internationale a collecté des données sur deux ans avec l'instrument principal.
Nous avons analysé ces données, qui couvre 1/25 du ciel, pour effectuer des mesures précises des modèles de température et de polarisation causés par la distribution de la matière dans le fond micro-ondes cosmique du premier univers.
Nous avons combiné les cartes de l'univers précoce du télescope du pôle Sud avec des observations de la distribution 3D des galaxies faites précédemment par la collaboration d'instruments spectroscopiques d'énergie noire (DESI).
Ce que nous avons vu dans les expériences Desi, et maintenant renforcés par nos observations de télescope du pôle Sud, c'est que l'énergie sombre s'affaiblit avec le temps ou évolue dans le temps. L'accélération de Dark Energy de l'expansion de l'univers pourrait s'arrêter loin à l'avenir.
Les résultats sont désormais disponibles pour accéder et ont été soumis pour l'examen par les pairs.
Pourquoi la théorie de l'univers pourrait-elle nécessiter une mise à jour?
Les nouvelles mesures avec le télescope du pôle Sud permettent des contraintes plus précises sur nos modèles cosmologiques. En particulier, les données resserrent notre mesure de l'échelle de l'horizon sonore il y a 13,8 milliards d'années.
Auparavant, l'étalon-or pour les mesures de fond micro-ondes cosmiques a été fourni par Planck Les données par satellite, prises il y a une dizaine de personnes.
Les mesures améliorées du télescope du pôle Sud, lorsqu'elles sont combinées avec l'expérience DESI et d'autres ensembles de données CMB, réduisent la probabilité d'une constante cosmologique et augmentent la préférence des modèles d'énergie noire évoluant dans le temps.
La signification augmente encore lorsque des observations de supernovae sont ajoutées.
Alors, la théorie de la relativité d'Einstein est-elle erronée, ou a-t-elle besoin d'un ajustement?
Lorsque Einstein a formulé sa théorie de la relativité pour la première fois au début des années 1900, le modèle dominant était un univers statique, contrairement à l'univers en expansion d'aujourd'hui.
Pour éviter l'effondrement gravitationnel et permettre un univers statique éternel, Einstein a ajouté un terme répulsif à sa théorie, appelée «constante cosmologique». Einstein a ensuite retiré cela après la découverte d'Edwin Hubble que l'univers s'est développé en 1929.
Trois décennies après sa mort, les astronomes regardant Supernovae ont découvert que l'expansion de l'univers s'accélérait. L'explication la plus simple de cette accélération a été de relancer la constante cosmologique d'Einstein en tant que force de réparation.
Jusqu'à récemment, nos observations de l'univers pourraient être entièrement expliquées par une constante cosmologique.
Si les indices actuels indiquent que l'énergie sombre s'affaiblit est soutenue par des recherches supplémentaires, cela signifie que nous devons aller au-delà de la constante cosmologique, que ce soit un changement à la théorie de la relativité générale ou à inclure l'énergie sombre en évolution dans le temps.
Quand saurons-nous si nous avons besoin d'une nouvelle théorie?
C'est difficile à dire! La preuve actuelle de l'énergie sombre en évolution est encore inférieure à l'étalon-or, ce qui est inférieur à 1 chance en 3,5 millions pour être faux (également connu sous le nom de 5 Sigma).
La collaboration Desi planifie un instrument amélioré, DESI-2, après l'enquête actuelle, et souhaite finalement construire une expérience de spectroscopie beaucoup plus ambitieuse, Spec-S5.
Nous pouvons nous attendre à un récepteur amélioré installé sur le télescope du pôle Sud en 2028, ainsi que les résultats futurs de l'Observatoire de Simons (début des observations d'enquête vers la fin de cette année) et dans les années 2030 l'expérience CMB-S4.
Parfois, dans ce morceau, nous espérons avoir suffisamment de preuves pour dire définitivement si l'expansion accélérée de l'univers perd vraiment de la vapeur.
