Science : les chercheurs ont mesuré la quantité totale de matière de l'univers

Comment ça, on a réussi à mesurer toute la matière de l'univers ? Et la matière noire alors ? Et l'énergie sombre ? Et comment est-on parvenu à un tel résultat alors qu'on a une connaissance partielle de tout cet univers ? Si le titre de cet article a fait naître chez vous beaucoup de questions, les résultats d'une équipe de chercheurs, parus dans la revue The Astrophysical Journal, pourraient déjà vous apporter plusieurs éléments de réponses, et mentionnent même les calculs qui ont été utilisés. Nous vous proposons de découvrir les techniques utilisées par les chercheurs qui sont à l'origine de cette découverte, et d'en tirer les conclusions qui s'imposent. 

Objectif : mesure de la quantité totale de matière dans l'univers

La cosmologie tout d'abord, qu'est-ce que c'est ? Il s'agit d'une branche de l'astrophysique qui étudie l'origine, la nature, la structure et l'évolution de l'univers.

L'un des principaux objectifs de la cosmologie est de mesurer avec précision la quantité totale de matière dans l'univers, un exercice de haute volée pour les mathématiciens les plus érudits et compétents de notre ère. Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université de Californie (Riverside) a cependant décidé de se pencher sur le sujet, et les résultats obtenus sont tout à fait convaincants. 

Les résultats de l'équipe de chercheurs

Afin de déterminer la quantité totale de matière dans l'Univers, l'équipe de chercheurs a décidé de comparer le nombre et la masse observés d'amas de galaxies par unité de volume avec des prédictions issues de simulations numériques. Pourquoi ? Eh bien, puisque les amas de galaxies actuels se sont formés à partir de matière qui s'est effondrée pendant des milliards d'années sous l'effet de sa propre gravité, le nombre d'amas observés à l'heure actuelle est très sensible aux conditions cosmologiques et, en particulier, à la quantité totale de matière. 

Plusieurs difficultés ont cependant été rencontrées, comme l'explique Mohamed Abdullah dans un article paru sur le site de l'Université de Californie : 

Il est difficile de mesurer avec précision la masse d’un amas de galaxies, car la majeure partie de la matière est sombre et nous ne pouvons donc pas la voir avec des télescopes.

Afin de surmonter ce problème, l'équipe de chercheurs a mis au point un outil cosmologique baptisé GalWeight, qui permet de mesurer la masse d'un amas de galaxies en utilisant les orbites de ses galaxies membres. L'utilisation de cet outil leur a permis de créer un catalogue de 1 800 amas de galaxies. Avec ces informations, l'équipe a ensuite pu comparer les données de 756 grappes de leur catalogue avec des simulations. En combinant leurs propres mesures avec celles des autres équipes qui ont utilisé différentes techniques, les chercheurs ont pu déterminer la meilleure valeur combinée. Ils ont ainsi conclu que la matière représente 31% de la quantité totale de matière et d'énergie dans l'univers, le reste étant constitué de matière et d'énergie sombre.

lA MATIèRE NOIRE et l'éNERGIE SOMBRE

Que faut-il comprendre lorsque l'on parle de matière noire ou d'énergie sombre ? Le premier auteur de l'étude, Mohamed Abdullah, évoque la découverte de son équipe dans un article paru sur le site de l'Université de Californie, et déclare : 

Pour mettre cette découverte en contexte, si toute la matière de l'Univers était répartie uniformément dans l'espace, cela correspondrait à une densité de masse moyenne égale à seulement environ six atomes d'hydrogène par mètre cube. Cependant, puisque nous savons que 80% de la matière est en fait de la matière noire, en réalité, la majeure partie de cette matière n'est pas constituée d'atomes d'hydrogène mais plutôt d'un type de matière que les cosmologistes ne comprennent pas encore.

En 1933, l'astronome suisse Zwicky mesure la distribution des vitesses de certaines galaxies et trouve des vitesses très élevées. Afin de les expliquer, le concept de matière noire est créé. Il doit en effet y avoir une grande quantité de masse dans l'amas si on veut expliquer que l'amas ne se soit pas dissocié avec le temps. Cette masse, c'est la matière noire. L''énergie sombre, c'est différent. En 1920, Edwin Hubble découvre ce phénomène en observant le fait suivant : plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement. Et ce n'est pas tout ! Ces galaxies s'éloignent de plus en plus vite, ce qui veut dire que l'expansion de l'univers tend à s'accélérer.

Afin d'expliquer cette découverte imprévue à l'époque, les scientifiques proposent alors l'existence d'une forme d'énergie inconnue. L'énergie sombre est née, et c'est cette même force qui empêche les galaxies de s'attirer entre elles et qui fait en sorte de les éloigner les unes des autres.

Comprendre l'énergie et la matière noire, à l'avenir, sera ainsi crucial pour notre compréhension de l'Univers. Il semble en effet qu'elle constitue la force qui conduit à l'expansion de l'Univers, dont la vitesse s'est avérée incroyablement difficile à réduire au-delà un certain point. Le professeur Gilian Wilson, chercheur au Département de physique et d'astronomie de l'Université de Californie à Riverside, s'est quant à lui déjà dit très heureux du travail qui a été fourni par son équipe ainsi que les résultats obtenus : "Nous avons réussi à effectuer l'une des mesures les plus précises jamais réalisées en utilisant la technique des amas de galaxies", assure-t-il.