Les galaxies s'alignent : comment mesure-t-on l'expansion de l'Univers ? express
Dans l'Univers primordial, alors qu'il n'avait que quelques centaines de milliers d'années, la matière n'était pas encore rassemblée en étoiles et en galaxies, mais formait une soupe chaude de particules et de lumière. Dans cette soupe couraient des ondes sonores — des compressions et des raréfactions, comme les rides à la surface de l'eau après qu'on y a jeté une pierre. Au bout de 380 000 ans, l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que la lumière se sépare de la matière, et les ondes se sont « figées » : sur leurs crêtes, les galaxies naissaient un peu plus souvent. Ainsi, dans la distribution des galaxies, il reste une empreinte — une échelle caractéristique que les astronomes appellent oscillations acoustiques des baryons (BAO). C'est comme si, sur une feuille géante, des milliards de points-galaxies s'alignaient selon une règle à peine visible, avec des graduations tous les 490 millions d'années-lumière.
Habituellement, on cherche cette règle en comparant les distances deux à deux entre galaxies : combien de paires se trouvent à telle ou telle distance l'une de l'autre. Mais on peut aussi relier les galaxies par trois — c'est ce qu'on appelle la fonction de corrélation à trois points. Elle est plus sensible à la forme des structures : c'est comme si, au lieu de simplement compter les distances entre les maisons d'une ville, vous analysiez si les trios de maisons forment des triangles identiques. Les chercheurs de la collaboration DESI ont pour la première fois trouvé la trace des BAO dans les trios de galaxies, en utilisant les données de 2,1 millions de galaxies rouges lumineuses (ce sont de vieilles galaxies massives, bien visibles à grande distance).
Dans ce nouveau travail, le signal des BAO dans les trios de galaxies a été détecté avec une confiance de 8,1 sigma (c'est très fiable, la probabilité d'une coïncidence est négligeable). La distance mesurée aux galaxies à un décalage vers le rouge de 0,68 (c'est-à-dire quand l'Univers avait environ deux fois moins d'âge qu'aujourd'hui) est de 15,88 ± 0,27 en unités d'« horizon sonore » — cette fameuse taille des ondes figées. Cela correspond à une précision de 1,7 pour cent. Le résultat est en excellent accord avec les mesures précédentes sur les paires de galaxies, ce qui renforce la confiance dans la méthode.
Cette nouvelle façon de mesurer les distances dans l'Univers, c'est comme ajouter une règle supplémentaire à celles qu'on a déjà. Plus on a de règles indépendantes, plus on peut vérifier précisément comment l'Univers s'étend et si l'énergie noire change avec le temps. À l'avenir, quand DESI aura accumulé encore plus de données, les corrélations à trois points permettront d'affiner l'histoire du cosmos avec une précision sans précédent.
Les ondes sonores dans l'Univers primordial se déplaçaient à plus de la moitié de la vitesse de la lumière — environ 60 % de celle-ci. Aujourd'hui, leur empreinte s'est étirée jusqu'à 490 millions d'années-lumière, soit cinq mille fois le diamètre de notre Galaxie.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, le décodage d'un signal venu de l'espace commence par la détection de régularités dans le flux de données — un peu comme les astronomes cherchent des motifs réguliers dans la distribution des galaxies.