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Seuls quatre pour cent de notre univers se composent de matière inconnue. En revanche, la physique moderne est convaincue que la majeure partie de l'univers se compose d'énergie noire. Personne ne peut encore vraiment expliquer ce qu'est cette énergie noire. Un astrophysicien de l'ETH de Lausanne (EPFL) fournit quelques indices pour une meilleure compréhension du phénomène : le jeune chercheur de 26 ans Timothée Delubac analyse des données du ciel étoilé qui devraient permettre une meilleure compréhension de l'énergie noire à l'avenir. Au cours de derniers mois, Delubac a acquis de nouvelles connaissances fascinantes dans le cadre de l'expérience BOSS.
Lorsqu'on pense à un astronome, on s'imagine une personne qui regarde les étoiles à travers un télescope lors des nuits claires afin de comprendre leurs mouvements et leur composition. Mais chez les chercheurs également la répartition du travail a commencé depuis longtemps. Ainsi, des personnes sont assises la nuit devant le télescope Sloan au Nouveau-Mexique (UA) et récoltent des données sur le ciel étoilé et, lorsqu'une réunion a lieu à Versoix près de Genève, Timothée Delubac prend place à son bureau dans l'ancien observatoire et commence à analyser les données récoltées aux États-Unis.
De 6000 à 7000 objets par nuit
Timothée Delubac est originaire d'Annecy (F). Il a étudié la physique des particules et la cosmologie à l'université de Paris et y a également préparé une thèse au Commissariat à l'énergie Atomique (CEA) en septembre 2013. Pendant ce temps, il travaille en tant que post-doc chez le cosmologue EPFL Jean-Paul Kneib. Depuis 2008, Debulac et ses collègues de recherche de l'expérience BOSS scrutent le ciel étoilé à la recherche de galaxies et de quasars lointains. Jusqu'à 40 degrés carrés - une minuscule fraction de ciel - ils scrutent la nuit claire à la recherche de corps célestes. Ils y enregistrent 1000 objets par heure, de 6000 à 7000 objets en une nuit. En une centaine de nuits, ils ont ainsi rassemblé les données de 1,5 millions de galaxies et de 160 000 quasars et les ont analysé par spectroscopie.
Mais qu'est-ce que tous ces efforts apportent concrètement ? « Nous souhaitons comprendre l'énergie noire, cette chose jusqu'à présent inconnue qui compose 70 pour cent de notre univers », affirme Delubac. « Pour comprendre ce phénomène, nous souhaitons savoir le plus précisément possible avec quel taux d'expansion l'univers s'est étendu il y a onze milliards d'années. » Timothée Delubac est assis dans un restaurant à Versoix sur la rive du Lac Léman. Il mentionne les termes comme « énergie noire », « milliards d'années » et « taux d'expansion » de la même manière que s'il parlait de football. Et pourquoi pas ? Le chercheur de 26 ans peut se targuer d'avoir mesuré le taux d'expansion du jeune univers pour la première fois. Il n'était naturellement pas seul mais avec la cinquantaine de collègues de l'expérience BOSS mais cela reste une performance remarquable.
Aperçu dans le jeune univers de trois milliards d'année
BOSS signifie « Baryon Oscillation Spectroscopic Survey ». Avec 2,5 m de diamètre, le télescope que les chercheurs BOSS utilisent pour observer le ciel étoilé dans le désert du Nouveau-Mexique (USA) n'est pas particulièrement grand. Mais avec cet appareil et le spectroscope correspondant, les chercheurs on pu obtenir un aperçu fascinant de l'histoire de l'univers. Ils observent particulièrement la lumière des quasars que ces derniers ont émis il y a onze milliards d'années. Après un trajet de la lumière de onze milliards d'années, elle raconte aujourd'hui aux chercheurs quelque chose concernant l'état des quasars et ainsi de l'univers au moment de son départ il y a onze milliards d'années, c'est-à-dire une époque pendant laquelle l'univers avait encore l'âge relativement tendre de trois milliards d'années.
Les chercheurs peuvent en particulier déduire lesdits taux d'expansion à partir des données obtenues. Il s'agit de la vitesse à laquelle les galaxies et autres corps célestes s'éloignent les uns des autres. Lorsque l'univers avait trois milliards d'années, le taux d'expansion était d'environ 67 km/s/Mparsec (l'unité de mesure de la vitesse d'expansion). Ce chiffre électrise les cosmologues pour deux raisons : D'une part car elle a été mesurée pour la première fois récemment par la collaboration BOSS. Et d'autre part car elle représente la confirmation expérimentale d'une théorie cosmologique qui dit que dans ses jeunes années, l'univers s'étendait très rapidement mais qu'ensuite, l'expansion perdait de la vitesse jusqu'à l'âge de huit milliards d'années (62 km/s/Mparsec) et que la vitesse remonte depuis. Aujourd'hui, le taux d'expansion est déjà de 70 km/s/Mparsec.
L'énergie noire disperse l'univers
Jusqu'à présent, les chercheurs ne peuvent pas expliquer pourquoi l'univers présente cette discontinuité avec sa vitesse d'expansion depuis le bigbang. Le scientifique sont toutefois convaincus que cette observation permettra à la fin de tirer des conclusions sur le rapport avec l'énergie noire. L'énergie noire semble en effet jouer un rôle déterminant dans l'expansion de l'univers. « L'énergie noire est responsable de la croissance su taux d'expansion. Plus nous en saurons sur la vitesse d'expansion, mieux nous pourrons comprendre l'énergie noire. Le résultat que ces jours ont pu nous fournir est la mesure la plus précise jamais effectuée.
Celui qui peut mesurer l'univers avec une précision jusqu'à présent inégalée ne mérite-t-il pas le Prix Nobel ? « Non, non », répond Delubac souriant avec un geste de dénégation. « Dans l'expérience BOSS, nous avons pratiquement effectué que des mesures. Si quelqu'un mérite le Prix Nobel, alors il s'agirait plutôt du physicien d'Harvard Daniel Eisenstein qui a conçu l'idée de mesure que nous utilisons dans les années 90 et qui l'a utilisé pour une première mesure en 2005 », dit Delubac. De toute façon, le jeune chercheur ne pense pas aux distinctions pour l'instant. Ce qui l'intéresse nettement plus est la suite planifiée de l'expérience BOSS après l'année 2014. Avec « Extended BOSS », les mesures devraient se préciser pendant cinq ans pour déterminer les taux d'expansion à d'autres moments du développement de l'univers. La mesure d'une immensité telle que l'univers requiert tout de même un peu de patience.
Benedikt Vogel (publié le 9. 5. 2014)