L’univers est composé à 66,2 % d’énergie sombre et les 33,8 % restants sont une combinaison de matière ordinaire – les planètes ou les étoiles que nous voyons briller – et de matière sombre, selon une nouvelle analyse qui affine la nature du cosmos et ouvre la voie à des observations plus précises.
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Il s’agit, selon les responsables de la recherche, de la comptabilisation « la plus précise et la plus puissante » à ce jour de l’énergie et de la matière noires, deux ingrédients invisibles de l’univers qui restent un mystère pour la communauté scientifique. Les résultats sont publiés dans une série d’articles dans The Astrophysical Journal.
« Avec cette analyse (appelée Pantheon+), nous concluons de manière convaincante que le cosmos est composé d’environ deux tiers d’énergie noire et d’un tiers de matière, principalement sous forme de matière noire, et qu’il est en expansion à un rythme accéléré au cours des derniers milliards d’années », résument les auteurs dirigés par Dillon Brout du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Cependant, malgré les chiffres de Pantheon+, le désaccord sur le rythme de cette expansion persiste.
Il y a la matière ordinaire (5% de l’univers) et la matière noire, dont l’existence a été formulée il y a plus d’un demi-siècle et qui n’émet pas de lumière, mais exerce une attraction gravitationnelle. L’énergie sombre est différente.
Selon les cosmologistes, l’énergie noire provoque l’expansion accélérée de l’univers en s’opposant à la force de gravité.
Ces deux éléments sont des piliers du modèle standard de la cosmologie, mais n’ont pas été directement détectés et constituent l’un des plus grands mystères du modèle, résume le centre Harvard-Smithsonian dans un communiqué.
Grâce à cette nouvelle analyse – qui confirme les observations précédentes – ils ont « passé les données au peigne fin » et peuvent affirmer « avec plus de confiance que jamais auparavant comment l’univers a évolué au cours des éons et que les meilleures théories actuelles de l’énergie et de la matière noires tiennent la route », selon M. Brout.
Pantheon+ est basé sur un ensemble de données comprenant plus de 1 500 explosions stellaires appelées supernovae de type Ia ; celles-ci se produisent lorsque des étoiles naines blanches – restes d’étoiles comme notre soleil – accumulent trop de masse et subissent une réaction thermonucléaire incontrôlée.
Ces détonations stellaires peuvent être aperçues à des distances de plus de 10 milliards d’années-lumière, c’est-à-dire sur environ trois quarts de l’âge total de l’univers.
La grande découverte en 1998 de l’accélération de l’expansion de l’univers est venue de l’étude des supernovae de ce type.
Au cours des décennies qui ont suivi, les scientifiques ont continué à collecter des ensembles de données de plus en plus importants, révélant des supernovae sur une plage d’espace et de temps encore plus grande, et Pantheon+ les a maintenant rassemblés dans le test « le plus robuste statistiquement » à ce jour, affirment les chercheurs.
« Cette dernière analyse de Pantheon+ est l’aboutissement de plus de deux décennies d’efforts diligents de la part d’observateurs et de théoriciens du monde entier pour déchiffrer l’essence du cosmos », déclare Adam Riess, un autre des auteurs et l’un des lauréats du prix Nobel de physique 2011 pour la découverte de l’expansion accélérée de l’univers.
Si l’on prend les données dans leur ensemble, la nouvelle analyse soutient que 66,2 % de l’univers se manifeste sous forme d’énergie sombre, les 33,8 % restants étant une combinaison de matière et de matière sombre.
Un autre résultat clé concerne l’un des principaux objectifs de la cosmologie moderne : déterminer le taux d’expansion actuel de l’univers, connu sous le nom de constante de Hubble.
En combinant l’échantillon Pantheon+ avec les données de la collaboration SH0ES, dirigée par Riess, on obtient la mesure « la plus rigoureuse » du taux d’expansion actuel de l’univers (pour chaque mégaparsec ou 3,26 millions d’années-lumière, l’analyse estime que dans l’univers proche, l’espace lui-même se dilate à plus de 160 000 miles par heure).
Cependant, d’autres analyses et méthodes donnent des résultats différents et une constante de Hubble à un rythme nettement plus lent, ce qui a été appelé la « souche de Hubble ». Les nouvelles données confirment et renforcent cette tension.
« Nous pensions qu’il serait possible de trouver des indices d’une solution inédite (…) », mais « nous avons constaté que les profondes divergences restent aussi tenaces que jamais », déclare Brout.
Néanmoins, selon lui, les résultats de Pantheon+ pourraient aider à déterminer où se trouve la solution à la tension de Hubble.
