C’est jour de fête pour la communauté DESI, regroupant 900 chercheurs et 70 institutions de par le monde. Après cinq ans d’observations, l’instrument installé sur le télescope Mayall, à Kitt Peak (Arizona), vient d’achever la plus vaste cartographie en trois dimensions de l’Univers jamais réalisée. La position de plus de 47 millions de galaxies et quasars, ainsi que de 20 millions d’étoiles de notre Galaxie, a été mesurée, offrant une perspective inédite sur la structure du cosmos et son évolution.
Avec, à la clé, un signal qui se précise : « Les données suggèrent que l’accélération de l’expansion serait aujourd’hui plus faible que dans un modèle où l’énergie noire est constante, ce qui pourrait indiquer que l’énergie noire évolue dans le temps », explique Pauline Zarrouk, astrophysicienne au CNRS et membre de la collaboration DESI.
Usine à spectres
Une telle cartographie repose sur une véritable « usine à spectres », capable de mesurer simultanément la lumière de 5000 galaxies grâce à autant de fibres optiques robotisées, repositionnées toutes les vingt minutes. « En un an, DESI avait déjà collecté pratiquement trois fois plus de données que les instruments précédents en vingt ans », souligne la chercheuse.
Les spectres obtenus par DESI ne sont pas seulement nombreux. Ils sont aussi suffisamment précis pour mesurer avec finesse le décalage vers le rouge des galaxies, et donc leur distance. C’est ainsi qu’en cinq ans d’observations, DESI a cartographié en trois dimensions l’Univers sur près de 11 milliards d’années d’histoire cosmique, offrant une vision unique de la manière dont il s’est étendu au fil du temps. Pour mesurer l’expansion de l’Univers, les chercheurs s’appuient sur les oscillations acoustiques des baryons (BAO), dont l’origine remonte aux tout premiers instants du cosmos.
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À cette époque, la matière et la lumière formaient un plasma dense, où photons et particules interagissaient en permanence. « Les photons ne pouvaient pas s’échapper : l’Univers était opaque », rappelle Pauline Zarrouk. Dans ce milieu, des ondes de pression se propagent, faisant osciller la matière. Mais environ 380.000 ans après le Big Bang, lorsque la température chute suffisamment pour que les premiers atomes se forment, la matière et la lumière se découplent.
C’est ce que l’on appelle le fond diffus cosmologique, ou la première lumière de l’Univers. « À ce moment-là, le motif tracé par les oscillations se fige dans la distribution de la matière », explique la chercheuse. Des grumeaux de matière, séparés par des vides, écrivent la trame de l’Univers tel qu’on le connaît aujourd’hui, avec ses amas de galaxies et ses vides cosmiques.
« Règle cosmique »
Ces empreintes initiales issues du fond diffus cosmologique constituent ainsi des jalons pour mesurer l’expansion de l’Univers. Elles définissent en effet une distance caractéristique entre les galaxies, qui n’évolue que sous l’effet de la dilatation cosmique. En la mesurant à différentes époques, les cosmologistes peuvent retracer la manière dont l’Univers s’est étendu au cours du temps. C’est ce qu’a fait DESI, avec une précision inégalée.
En accumulant des dizaines de millions de galaxies sur une vaste plage d’époques, l’instrument mesure cette « règle cosmique » tout au long de l’histoire de l’Univers — et met ainsi à l’épreuve les modèles décrivant son expansion sous l’effet d’une mystérieuse énergie noire. Et sur ce point, les données commencent donc à diverger du modèle standard. En comparant les mesures de DESI à celles d’autres grandes « sondes cosmologiques », comme le fond diffus cosmologique ou les supernovæ (qui servent de phares dans l’Univers), les chercheurs constatent qu’un modèle où l’énergie noire est constante ne décrit pas parfaitement l’ensemble des observations.
Un léger écart apparaît, et se renforce à mesure que les données s’accumulent. « Pris seuls, les résultats de DESI restent compatibles avec une énergie noire constante. Mais dès qu’on les confronte aux autres observations du cosmos, il devient impossible de trouver un modèle unique qui décrive correctement à la fois l’Univers primordial, observé dans le fond diffus cosmologique, et l’Univers plus récent cartographié par DESI », constate Pauline Zarrouk.
Tester la relativité générale
Cette énergie noire « inconstante » constitue le résultat le plus important depuis sa mise en évidence à la fin des années 1990. La balle est désormais dans le camp des théoriciens pour en déterminer la véritable nature. Mais les relevés de DESI ne se limitent pas à la question de l’énergie noire. Ils constituent aussi un terrain de test inédit pour la relativité générale.
Une première analyse, fondée sur un an d’observations et publiée fin 2024, confirme pour l’instant la validité de la théorie d’Einstein à grande échelle. « Aucun signal ne plaide en faveur d’une modification de la gravité », selon l’astrophysicienne. Mais là encore, la prudence s’impose. Ces tests reposent sur des indicateurs encore limités, et les équipes travaillent déjà à les affiner avec les données sur trois ans.
En explorant des configurations plus complexes dans la distribution des galaxies, elles espèrent gagner en sensibilité et, peut-être, révéler d’éventuelles déviations plus subtiles. Par ailleurs, d’autres mesures viendront bientôt. Initialement prévue pour cinq ans, la mission DESI a été prolongée jusqu’en 2028 afin d’étendre encore la cartographie du ciel, qui pourrait couvrir près de 20 % de surface supplémentaire.
Plusieurs millions de galaxies devraient ainsi venir enrichir ce relevé déjà sans équivalent. Au-delà, une seconde phase est à l’étude. Baptisée « DESI 2 », elle pourrait prolonger les observations jusqu’au début des années 2030, avec l’objectif d’explorer des régions encore plus lointaines de l’Univers. Car derrière ces dizaines de millions de galaxies cartographiées se joue une révision en profondeur de notre modèle cosmologique, et une nouvelle manière de penser l’évolution de l’Univers.
Source:
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