Détection d’un excès d’antimatière qui pourrait trahir la nature de l’insaisissable matière noire

Les premiers résultats de l’expérience AMS-02 pourraient lever un coin du voile sur la nature de l’énigmatique matière noire. Nouvelle avancée.

Traquée par les astrophysiciens depuis de nombreuses années, sa composition énigmatique lui vaut de passer à travers les mailles du filets des détecteurs, d’échapper à toute observation hormis celles, indirectes, d’une présence devinée par les interactions gravitationnelles des amas de galaxies. Une matière si “exotique » que certains chercheurs ont parfois mis en doute son existence (mais ils sont assez rares). Nommée matière noire ou matière sombre (en anglais dark matter) car invisible et insaisissable, elle compte ― selon les récentes estimations de la mission Planck ― pour environ 26,8 % de la masse-énergie de notre Univers. C’est cinq fois plus que la matière dite ordinaire (matière baryonique) que nous observons et habille (des milliards de milliards d’étoiles, de planètes, poussières, gaz, des milliards de trous noirs, etc.) le cosmos dans toute son immensité !

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Intrusion de « Space Invaders » autour d’un lointain amas de galaxies

Petit échantillon d’Univers dévoilé par le télescope spatial Hubble. Certains effets de lentille gravitationnelle imitent remarquablement les figures de Space Invaders !

Image très impressionnante capturée dans le rayonnement infrarouge par le télescope spatial Hubble d’un grand troupeau de galaxies, l’amas Abell 68. Distant d’environ 2,1 milliards d’années-lumière au sein de la petite constellation du Petit Renard (Vulpecula), ce “village » réunit plusieurs centaines de galaxies, de masses et tailles variables. La plus lumineuse de toutes est la plus entourée. Elle régne démesurément sur une communauté en mouvement. Une galaxie elliptique dont la masse dépasse plusieurs dizaines de fois celle de la Voie Lactée (laquelle a une masse estimée à 100 milliards de soleils !). Plus bas à droite sur la même image, on découvre une autre grappe galactique, plus resserrée.

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Planck publie la carte la plus détaillée de l’Univers, 380 000 ans après le ‘big bang’

Le satellite Planck dévoile “la plus vieille lumière de l’Univers” avec des détails inégalés.

Créée à partir des données collectées durant les 15 premiers mois d’exploitation du satellite Planck, voici la carte la plus précise jamais réalisée de notre Univers balbutiant, âgé de seulement 380 000 ans … C’est presque l’aube des temps ; nous découvrons la matière qui s’éveille … Cela se lit dans cette trame grésillante et frémissante, en apparence chaotique, remplissant la totalité de l’espace (en l’occurrence, la voûte céleste que Planck a patiemment scanné avec ses instruments sensibles au rayonnement hyperfréquence).

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Hubble : nouveau regard sur les galaxies aux confins de l’Univers

Grâce au télescope spatial Hubble poussé à ses limites, une équipe de chercheurs identifie sept galaxies distantes de plus de 13 milliards d’années-lumière. L’une d’elle est un passe de battre le record de distance !

Recherchant les traces des premières galaxies et s’interrogeant sur les conditions qui ont permis leurs formations en ces temps lointains, une équipe d’astrophysiciens est revenue sur une région du ciel qui fut sondée en 2009 avec Hubble.

Pour cette version 2012 de l’Ultra Deep Field (UDF 2012), ils bénéficièrent d’un temps de pose de six semaines et de l’emploi de différents filtres pour les images acquises en infrarouge avec la caméra WFC3.

Dans ce magnifique canevas égrenant des milliers de galaxies éparpillées dans cette portion d’Univers, il en ont débusqué sept, vraisemblablement distantes de plus de 13 milliards d’années-lumière ! Semblables à de petits points sur l’image, ces objets appartiennent à l’Univers jeune. L’un d’entre eux identifié comme UDFj-39546284, pourrait battre le précédent record de distance si les mesures sont confirmées.

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Probable nouveau record de la galaxie la plus lointaine jamais observée !

L’objet MACS0647-JD est en passe de devenir la galaxie la plus lointaine jamais observée. Minuscule et peuplée de quelques centaines de millions d’étoiles, elle apparait dans les premières couches du temps, à l’aube de l’Univers.

“Cette dernière découverte a dépassée mes attentes de ce qui est possible avec le programme CLASH [Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble].” déclarait Rychard Bouwens, co-auteur de l’article qui a annoncé l’observation d’une galaxie candidate à un nouveau record de distance.
Durant des mois, les chercheurs ont enquêté sur l’identité de l’objet MACS0647-JD, écartant toutes les fausses pistes et leurres possibles. Le redshift (z 11) ou décalage vers le rouge suggère que sa lumière a voyagé durant 13,3 milliards d’années à travers l’espace-temps ! L’hypothèse d’une galaxie et même d’un embryon de galaxie se précise. Ce petit point rouge mis en exergue sur l’image ci-dessus est vraisemblablement un agrégat de 100 millions à 1 milliard d’étoiles (entre 0,1 et 1 % de la masse de la Voie Lactée !) observé tel qu’il était, environ 420 millions d’années seulement après le “Big Bang” (à ce sujet, je vous invite à lire « Discours sur l’origine de l’univers » d’Etienne Klein)  ! L’Univers n’a alors que 3 % de son âge actuel. Le précédent record date de quelques semaines et montrait une galaxie observée 490 millions d’années environ après le “Big Bang”.

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Première étude en 3D d’un long filament de matière noire

En combinant les observations de haute précision, les astronomes ont réalisé la première cartographie en trois dimensions d’un long filament de matière noire.

De nature encore méconnue et pratiquement invisible, la matière noire qui représenterait environ 25 % du contenu de l’Univers, échappe à l’observation directe par nos moyens modernes, au contraire de la matière dite ordinaire (matière baryonique, celle que l’on “voit” et qui compose les étoiles, les planètes, les nébuleuses, etc.). L’influence gravitationnelle qu’elle exerce sur son environnement est une des rares possibilités, pour les astronomes, de l’appréhender. Aussi, se sont-ils intéressés ces derniers temps à l’objet MACS J0717.5 3745 (MACS J0717 pour faire court), l’un des amas de galaxies les plus massifs connu, supposé relié à un filament de matière noire, étudié jusqu’ici, en deux dimensions.

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Simulation de la formation et l’évolution d’une galaxie

Comment se forme, s’échafaude, grossit une galaxie telle que la nôtre, la Voie Lactée ? Cette simulation réalisée avec le super-ordinateur de la Ames Research Center (NASA), Pleiades représente 1 million d’heures de calculs (réparties sur les multiples processeurs). En tenant compte de l’existence — possible — des énigmatiques matière noire et énergie noire présents à travers l’Univers, on peut suivre les galaxies s’animer. Le temps est considérablement accéléré. L’histoire débute peu après le “big bang”, il y a environ 13,5 milliards d’années. Les galaxies naines caracolent, tombent sur les plus massives, se renversent et se déversent. Les plus grandes, les plus massives surtout émergent, se remplissant toujours plus d’étoiles …

Crédit vidéo : NASA/Goddard.

Hubble livre l’image de l’Univers la plus « profonde » jamais réalisée

Image fascinante des confins de l’Univers. La plus éloignée des galaxies sur cette image est distante de 13,2 milliards d’années-lumière.

Il y a plus de 20 ans et avant la mise en orbite du télescope spatial Hubble, les astronomes entrevoyaient des galaxies dispersées dans l’Univers jusqu’à une distance de 7 milliards d’années-lumière de la Terre, du système solaire, de la Voie Lactée … ! C’est beaucoup mais, somme toute, cela ne représentait que la moitié de l’âge de l’Univers (estimé à 13,7 milliards d’années). Depuis, le télescope spatial dont la sensibilité inégalée a fait la célébrité, cumula des certaines d’heures d’observations de (très) petites portions du ciel, dévoilant d’impressionnant “bouquets” de galaxies lointaines, encore jamais vues ! Sonder les confins de l’Univers et ainsi remonter le temps jusqu’à l’enfance des galaxies.

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Observation d’une galaxie à l’aube de l’Univers

Située à 13,2 milliards d’années-lumière de nous et des deux télescopes spatiaux qui ont pu l’observer, une jeune et petite galaxie aux confins de l’Univers.

Le précédent record de la galaxie la plus lointaine jamais observé vient d’être battu. Grâce aux observations combinées des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer et à la faveur d’un puissant effet de lentille gravitationnelle (la masse de l’amas de galaxies MACS J1149+2223 à l’avant-plan courbe l’espace-temps et amplifie la lumière de l’arrière-plan), une équipe d’astrophysiciens a mis en évidence une petite galaxie distante de 13,2 milliards d’années-lumière ! Nous la voyons donc telle qu’elle était il y a 13,2 milliards d’années … ! En ce temps-là, quelques 500 millions d’années après le “big bang”, l’Univers est encore très jeune (il n’avait 3,6 % de son âge actuel) et plongé dans un “âge sombre” (“dark age”) ou “âge des ténèbres”. Les premières étoiles et galaxies apparaissaient.

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Voyage virtuel en 3D dans l’Univers

Voyage virtuel dans un échantillon de l’Univers.

La vidéo nous emmène dans un voyage extraordinaire en trois dimensions (3-D) au sein d’un cube de 4 milliards d’années-lumière de côté (!) où sont “échantillonnées” pas moins de 400 000 galaxies massives et de nombreux trous noirs. Une portion de l’Univers cartographiée grâce aux données compilées par le Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III).

L’animation montre la distribution de la matière, les réseaux tissés par les galaxies, les groupes où elles se bousculent, les espaces vides et désolés (ou presque). Le but est de “comprendre comment l’expansion de l’Univers s’accélère” commente Daniel Eisenstein, directeur de SDSS-III.

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De lointaines galaxies amplifiées par des quasars

Le télescope spatial Hubble observe de rares effets de lentilles gravitationnelles créés par des quasars.

L’effet de lentille gravitationnelle prédit par le physicien Albert Einstein a été de nombreuses fois vérifié par les astronomes. Les cas les plus fréquents et connus sont ceux produits par les grappes ou amas de galaxies. Très massifs, ils déforment significativement l’espace, permettant ainsi d’amplifier la luminosité d’une galaxie située à l’arrière-plan, au-delà de l’amas. De remarquables lentilles naturelles, outils de recherche plébiscité par les astrophysiciens pour sonder l’univers lointain et tenter de cerner l’énigmatique matière noire. A moindre échelle, les étoiles sont également prisées des chercheurs, en particulier des chasseurs d’exoplanètes qui tentent de les mettre en évidence par cet effet.

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Comportement contradictoire de la matière noire au sein d’Abell 520

La distribution de la matière noire au sein du super-amas de galaxies Abell 520 brouille un peu plus la théorie.

Les brouillards de couleurs pastels qui semblent ici envelopper de nombreuses galaxies, appartiennent à différentes couches de cette image composite. Chaque couche révèle la même région cosmique dans une longueur d’onde différentes. Ainsi les chercheurs peuvent-ils explorer l’amas de galaxies Abell 520, distant de 2,4 milliards d’années-lumière, sous un autre jour.

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Portrait d’une lointaine galaxie grâce à un puissant effet de « lentille gravitationnelle »

Grâce à un remarquable effet de lentille gravitationnelle, une équipe de chercheurs a pu étudier, avec plus de détails qu’espéré, une lointaine galaxie pourvue d’un extraordinaire taux de bourgeonnement stellaire.

Au centre de l’image ci-dessus, nous pouvons distinguer une grappe dorée composée de nombreuses galaxies, distantes de centaines de millions d’années-lumière de nous. Toutes appartiennent au même amas, désigné comme RCS2 032727-132623. Sa masse est considérable et déforme significativement le tissu de l’espace-temps provoquant un effet appelé “lentille gravitationnelle” comme en témoignent ces gigantesques arcs bleutés qui ceignent l’amas. Prédit par Albert Einstein, l’effet est régulièrement vérifié par les astronomes au fil de nombreux relevés cosmiques …

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Jeunes galaxies en collisions aux confins de l’Univers

En sondant les profondeurs de l’Univers avec le télescope spatial Hubble, des chercheurs ont débusqué des proto-amas galactiques à environ 13,1 milliards d’années-lumière de nous !

Orientant l’oeil aiguisé (et la caméra WFC3) du célèbre télescope spatial Hubble sur les régions les plus reculées de l’Univers, une équipe d’astrophysiciens a observé pour la première fois, un échantillon de proto-amas de galaxies. De par leur grande distance, environ 13,1 milliards d’années-lumière de nous, ces assemblages de galaxies figurent vraisemblablement parmi les premiers dans l’histoire de l’Univers. 600 millions d’années seulement se sont écoulées depuis le fondateur Big Bang !

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Collision d’amas de galaxies à 7 milliards d’années-lumière

Une équipe d’astrophysiciens a découvert et étudier deux amas de galaxies en collision à plus de 7 milliards d’années-lumière de nous !

Ne vous méprenez pas, l’image ci-dessus n’est pas celle d’une comète récemment découverte. C’est beaucoup plus gros que cela et séparé de nous de plus de 7,1 milliards d’années-lumières. Débusqué par hasard lors d’un sondage du fond diffus cosmologique, cette puissante source de rayonnement x trahit la collision de deux amas de galaxies (chacun est peuplé de dizaines de galaxies de masses différentes) à des vitesses dépassant plusieurs millions de km par heure ! La scène s’est donc déroulée il y a 7,1 milliards d’années et représente l’amas “le plus massif, le plus chaud et celui qui émet le plus de rayon X de tous les amas observés jusqu’à présent à cette distance ou au-delà” raconte Felipe Menanteau, principal auteur de cette étude.

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La comète Lovejoy photographiée dans les lueurs de l’aube

Quiconque est situé dans l’hémisphère sud peut, de bon matin, surprendre la double chevelure de la comète Lovejoy  ! Il y a quelques jours encore son apparition était timide dans les lueurs de l’aube. Poursuivant son voyage qui l’éloigne du Soleil auquel elle « s’est frottée les ailes » la semaine dernière, la comète est dorénavant visible prés d’une heure avant le lever du jour.

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Formation stellaire intense dans des galaxies naines lointaines

L’observation de plusieurs dizaines de galaxies naines lointaines ébranle les modèles récents de formations stellaires au sein de ces galaxies dans l’univers jeune.

Au cours d’une campagne de recensement de galaxies naines peuplant l’univers jeune nommée CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey), une équipe d’astronomes a remarquée que plusieurs dizaines d’entre elles avaient une luminosité hors du commun et cachaient, en réalité, des millions de jeunes étoiles. C’est leur rayonnement intense qui excite l’oxygène qui les entoure, qui les a ainsi signaler aux caméras d’Hubble ! Les chercheurs ont été surpris de découvrir un taux si élevé de fabrication d’étoiles à cette époque de l’Univers. Ils ont calculé qu’à ce rythme, les étoiles de ces galaxies seraient deux fois plus nombreuses dans seulement 10 millions d’années ! Notre propres galaxie, la Voie Lactée, aurait besoin de 1 000 fois plus de temps pour doubler sa population stellaire !

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Eclaircissement sur le « brouillard cosmique » ou ère de ré-ionisation

En étudiant le spectre de cinq galaxies lointaines, les chercheurs ont relevé, à leur grande surprise, une baisse rapide de l’hydrogène neutre qui bloquait le rayonnement ultraviolet. La période de ré-ionisation semble avoir pris fin plus vite que prévu.

Dans sa prime jeunesse, l’Univers a connu une période dite de ré-ionisation. L’hydrogène (électriquement) neutre était abondant et bloquait le rayonnement ultraviolet. Il était alors opaque et impénétrable … Peu à peu, l’épais brouillard cosmique s’est dissipé ou plutôt, est devenu transparent car l’hydrogéne neutre était ionisé par les rayonnements ultraviolets intenses émis par les premières étoiles (au sein des jeunes galaxies) et/ou par les trous noirs supermassifs (la matière absorbée par le trou noir est aplatie et libère alors énormément d’énergie).

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Du nouveau sur les trous noirs supermassifs dans les jeunes galaxies actives

Après cinq années de recherche, une équipe d’astronomes a comparée ses observations de plus de 600 noyaux actifs de galaxies lointaines avec les modèles théorique dans ce domaine. A leur grande surprise, ce sont les galaxies les plus massives qui hébergent les trous noirs supermassifsles plus voraces, donc les plus alimentés et entretenus. La théorie prévoie un scénario alternatif où les galaxies de dimensions moyennes (quand même 1 000 milliards de masses solaires !) abritent les noyaux les plus actifs.

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Découverte du plus lointain quasar jamais observé

Des chercheurs ont découvert le plus lointain quasar connu à ce jour. Situé aux confins de l’Univers, il surprend beaucoup les astronomes par la masse très élevée du trou noir supermassif qui le compose. Leurs recherches ont été publiées dans la revue scientifique Nature.

Une lointaine galaxie qui se nomme ULAS J1120+0641, formée quelques centaines de millions d’années seulement après l’aube de l’Univers, rayonne de « mille feux » à travers tout le cosmos. Le trou noir supermassif qu’elle abrite possède une masse 2 milliards de fois supérieure à celle du Soleil ! L’ensemble forme un quasar dont la distance est évaluée par les chercheurs à 12,9 milliards d’années-lumière. Autrement dit, il s’agit du quasar le plus lointain découvert à ce jour, brillant dans un Univers encore très jeune, âgé de seulement 770 millions d’années. Les premières étoiles achèvent alors la dissipation du brouillard d’hydrogène neutre qui enveloppait la totalité de l’Univers, quelques 300 000 ans après le « Big Bang« . C’est l’ére de réionisation, qui va rendre l’Univers transparent …

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Collision d’amas de galaxies et traque de la matière noire

De grands observatoires terrestres et spatiaux ont conjugués leur lumière pour prospecter Abell 2744 qui serait né de la collision de quatre amas galactique.

L’image ci-dessus, aux caractéristiques époustouflantes, réunie les prises de vue réalisées dans différentes longueurs d’onde par des télescopes prestigieux : Hubble, Chandra, Very Large Telescope (VLT) et Subaru. C’est ainsi, une petite partie du cosmos qui a été mise à nue par l’équipe de chercheurs : l’amas Abell 2744, également nommé amas de Pandore. Des centaines de galaxies s’y bousculent et toutes sont peuplées de centaines de milliards d’étoiles ! Evidemment, ça donne le vertige. Imaginez notre galaxie, la Voie Lactée, au milieu d’un tel troupeau, … nous nous sentirions perdu !

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Chandra permet la découverte de nombreux trous noirs supermassifs au sein de l’Univers jeune

La découverte de nombreux trous noirs supermassifs au sein de galaxies formées seulement 800 millions d’années seulement après le big bang qu’il y ait une co-dépendance entre les deux entités.

En sondant l’univers lointain dans le rayonnement x avec le télescope spatial Chandra, des chercheurs ont découvert un grand nombre de trous noirs supermassifs cachés par leurs jeunes galaxies hôtes.

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Formation des premières galaxies plus tôt que prévu ?

Les galaxies pourraient s’être former beaucoup plus tôt qu’on ne le pensait dans l’Histoire de l’Univers, suggère une nouvelle étude menée par une équipe de chercheurs internationaux.

A partir d’images obtenues avec les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer puis complétée par des observations du télescope Keck, une équipe de chercheurs emmenée par les français Johan Richard et Jean-Paul Kneib, s’est concentrée sur une galaxie cachée aux confins de l’Univers, à environ 12,8 milliards d’années-lumière de nous !
Le décalage vers le rouge (redshift = 6,027) indique que nous la voyons telle qu’elle était, quand l’Univers n’était âgé que de 950 millions d’années ! En outre, l’étude de sa population d’étoiles révèle que certaines d’entre elles sont déjà très âgées : 750 millions d’années ! Des chiffres qui ne sont pas sans bousculer les idées reçues sur l’histoire énigmatique et constellée de zones d’ombre de la formation des galaxies, et tout particulièrement, des premières galaxies … !
Cette observation nous emmène 200 millions d’années seulement après le « big bang ». Ainsi des regroupements d’étoiles – ou galaxie (toutefois une galaxie n’est pas seulement un attroupement d’étoiles …) – étaient-ils déjà en marche. Voilà qui invite les astrophysiciens à revoir les scénarios de la formation des galaxies primitives.
Rappelons aussi qu’en ce temps-là, l’abondance de l’hydrogène neutre baignait intégralement l’Univers primitif et entravait la progression du rayonnement ultraviolet. Cette période fut suivie par ce qui est appelée « ére de re-ionisation » qui dissipa, pou ainsi dire, l’ensemble de ce brouillard achevant ainsi un âge sombre ou « dark age« . L’étude de ce « cas » galactique exceptionnel offre une possibilité de mieux comprendre cette période … encore sombre !

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Découverte du sursaut gamma le plus long et le plus lumineux jamais observé

Quelques 3,8 milliards d’années après son avénement, les terriens – et plus particulièrement les astrophysiciens munis des télescopes les plus puissants – ont observé le plus long sursaut gamma connu et aussi l’un des plus lumineux.

Les rares sursauts gamma que la communauté scientifique ait pu surprendre durent généralement quelques heures. Celui-ci, s’est fait remarqué le 28 mars 2011 par le satellite SWIFT, et le moins que l’on puisse dire est qu’il bouscule tous les précédents records de luminosité et de durée, ce qui a laissé le temps à pas moins d’une douzaine de télescopes de la NASA du monde entier d’en capturer des images inédites et, bien entendu, d’engranger le plus grand nombre d’informations possibles.
Les télescopes spatiaux Hubble et Chandra, dotés pour l’un de caméras infrarouge et pour l’autre, de caméras pour le rayonnement x, se sont attelés à l’observation attentive de ce phénomène d’une très grande et rare intensité.

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Nouvelles mesures de l’expansion de l’Univers

De nouvelles observations menées avec le télescope spatial Hubble ont permis à une équipe de cosmologistes d’affiner leurs estimations du taux d’expansion de l’Univers. Elles se révèlent 30 % plus précises que les plus précises développées en 2009. Les mesures excluent une théorie alternative à celle de l’énergie noire pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers.

Au cours de ses longues nuits d’observation des profondeurs de l’Univers, le brillant Edwin Hubble avait, en 1929, constaté que les galaxies sont en fuite : toutes s’éloignent de nous et de plus en plus vite ! Une découverte majeure qui surprit, bien entendu, toute la communauté scientifique de l’époque, loin d’imaginer un univers si vaste peuplé de milliards de galaxies qui, en plus, ne cesse de s’agrandir ! Aujourd’hui, cette observation ne se dément pas, tout au contraire, les astronomes peuvent la vérifier régulièrement. En traquant plusieurs galaxies riches en étoile de type céphéides et dotées de supernovae de type Ia, les astrophysiciens se munissent, en quelque sorte, de marqueurs à la luminosité (relativement) constante, à l’instar de la galaxie NGC 5584 (voir ci-dessus) capturée en haute-résolution par le télescope spatial Hubble. Des points de repères-étalons qui leurs permettent d’évaluer les distances des galaxies et, par conséquent, leurs vitesses d’éloignements. Les données récemment recueillies avec la caméra Wide Field Camera 3 (WFC3) réduisent de 30 % la marge d’erreur par rapport à celles, déjà excellentes, de 2009.
Ainsi, l’équipe de chercheurs d’Adam Riess (co-découvreur de l’énergie noire en 1998) a t’elle mesurée un taux d’expansion de l’Univers de 73,8 kilomètres par seconde et par mégaparsec ! Autrement dit, les galaxies s’éloignent de nous à une vitesse de 73,8 km à chaque seconde sur une portion d’un million de parsecs (3,26 million d’années-lumière !). Les mesures sont de plus en plus affinées et cela devrait se poursuivre avec l’aide des instruments du satellite WMAP et la mise en orbite du successeur de Hubble, le James Webb Space Telescope.

Les cosmologistes sondent l’Univers à la recherche d’explications pour cette expansion commencée à l’aube des temps. La théorie la plus retenue évoque l’existence d’une mystérieuse et inconnue énergie sombre (dark energy) – ou énergie noire – qui provoquerait cette expansion. Elle représenterait plus de 70 % de l’Univers … !
Une théorie alternative voudrait qu’il y ait une immense poche de vide à travers l’Univers, étendue sur plus de 8 milliards d’années-lumière, et qui repousserait les galaxies de part et d’autre. Cependant, les nouvelles mesures effectuées par l’équipe de Riess viennent infirmer cette conception. Les modélisations informatiques d’une hypothétique « bulle cosmique » suggèrent, en effet, un rythme d’expansion plus lent que celui qui a été observé.

Télécharger l’image de la galaxie NGC 5584 contenant plus de 250 céphèïdes en très haute-résolution (3539 px x 4016 px, 19 Mb).

Source : Hubble Newscenter.

Mesure de la matière noire dans les régions où se forment les galaxies

Des observations dans l’infrarouge lointain de la « toile cosmique » éclairent davantage les chercheurs sur le rôle fondamentale joué par la matière noire dans la formation des premières galaxies.

Dans cette étude publiée dans la revue Nature, l’équipe d’astrophysiciens démontre l’implication fondamentale de la matière noire, son rôle pré-dominant dans la formation des premières galaxies. Nul ne connait encore la nature de cette matière « exotique » : invisible, insaisissable et très abondante. Les calculs montrent qu’elle représente plus de 24 % de la masse de l’Univers … ! Connaître sa composition, la décrire, c’est bien entendu un enjeu majeur de la physique du XXI éme siècle.
Pour les astronomes, les galaxies primitives se sont formées à l’intérieur de gigantesques poches de matière noire. Sa quantité détermine le taux de formation des étoiles et, par conséquent, l’évolution des galaxies …
L’équipe scientifique d’Alexandre Amblard (University of California) a patiemment étudié et mesuré les variations (si infimes soient-elles) de la lumière infrarouge émise par ces innombrables amas galactiques. En réalisant cette cartographie, les astronomes ont pu identifier de jeunes galaxies où les étoiles se forment à un rythme 3 à 5 fois plus élevé que suggérer auparavant par les observations dans la lumière visible (par exemple avec le télescope spatial Hubble pour sonder ces régions lointaines).
Les recherches nourries de simulations informatiques indiquent que la masse des « halos » de matière noire où s’observe un taux important de formations stellaires est équivalente à 300 milliards de fois celle du Soleil. C’est plutôt une surprise car plusieurs modèles suggéraient que la masse devait être beaucoup plus élevée encore (jusqu’à 5 000 milliards de masses solaires pour certains modèles !).

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Dossier passionnant sur « l’Univers avant le Big Bang » dans Ciel et Espace

Dossiers passionnants abordés dans le dernier numéro de Ciel & Espace : L’Univers avant le Big Bang et le destin de la Terre !
La revue des amateurs d’astronomie Ciel & Espace revient dans son numéro de février 2011 sur l’annonce faite par les éminents Sir Roger Penrose et Vahe Gurzadian de la découverte de « cercles concentriques » sur les images du satellite de cosmologie WMAP. Images qui révèlent d’infimes fluctuations de températures dans les « premiers temps » de l’Univers suggèrent aux deux chercheurs, cosmologistes et mathématiciens, qu’il y eut un « pre-Big-Bang » !. Conformément à la théorie « Conformal Cyclic Cosmology » (CCC) qui veut que l’Univers « vit une succession d’ères appelées éons ». Le magazine consacre un dossier passionnant sur la question des « Origines de l’Univers » et ne manque pas de revenir sur le terme « Big Bang » que l’astrophysicien Etienne Klein propose d’abandonner …

Lire également l’article publié dans Universe Today : « Penrose : WMAP shows evidence of « activity » before Big Bang ».

A ce sujet, je vous invite à écouter Etienne Klein, qui vient de publier « Discours sur l’origine de l’Univers », dans les podcasts de Ciel & Espace (ici) et de France Culture (ici et ici). Passionnant !

Outre le « mystère des origines », Ciel & Espace propose un dossier captivant sur le futur de notre planète : « Le vrai destin de la Terre ». Le récit se fonde sur les recherches de Peter Ward et Donald Brownlee. On peut dire que « cela fait froid dans le dos » tant les perspectives pour notre monde vivant sont lugubres … ou, plutôt, brulantes ! Bien avant que le Soleil ne devienne une géante rouge puis une nébuleuse planétaire, notre belle planète bleue se sera considérablement transformée … Les possibilités de vie à sa surface seront progressivement ruinées, le monde sera redevenu d’abord glacial puis très chaud, de plus en plus chaud au fur et à mesure que le rayonnement du Soleil augmente (10 % de plus qu’aujourd’hui dans un milliard d’années !).
Pas de doute, pour survivre, il faudra que nos descendants déménagent en compagnie de nombreuses espèces vivantes ! Et on a moins de 200 millions d’années ! Notre monde sortira alors d’un long régime imposé par une ère glaciaire (laquelle débutera avec le retour des glaciers dans environ 30 000 ans !). Toutefois la réunion des continents bouleversera à nouveau le climat terrestre, conduisant vers un réchauffement très important.

Via Ciel & Espace.

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Le télescope Hubble dévoile une galaxie aux frontières de l’Univers

Le télescope spatial Hubble sonde les profondeurs de l’espace et du temps et vient de rendre publique l’image d’une galaxie peuplée de jeunes étoiles. Ce que nous découvrons s’est déroulé alors que l’Univers n’a que 480 millions d’années.

La NASA a annoncé un nouveau record dans l’observation des profondeurs de l’Univers. La caméra sensible dans l’infrarouge lointain WFC3 du télescope spatial Hubble a permis à une équipe internationale d’astrophysiciens de débusquer une galaxie éloignée de 13,2 milliards d’années-lumière de nous. Nul n’a jamais pu voir aussi loin dans l’Univers !
En d’autres termes, cette jeune, très jeune galaxie nommée UDFj-39546284 a été repérée dans les confins de l’Univers quand celui-ci n’était âgé que d’environ 480 millions d’années ! Soit 4 % de son âge actuel, estimé à 13,7 milliards d’années ! En ces temps si lointains, les galaxies étaient encore rares et de petites tailles, car très jeunes. Elles rassemblent les premières générations d’étoiles. A titre de comparaison, une centaine de ces proto-galaxies seraient nécessaires pour égaler la masse de la Voie Lactée (entre 100 et 200 milliards d’étoiles).

Il a fallu au célèbre télescope spatial plusieurs jours d’exposition (8 jours ou 87 heures), répartis sur 111 orbites au cours des étés 2009 et 2010. L’équipe d’astrophysiciens a ensuite longuement scruter – quasiment toute une année – les données recueillies dans l’infrarouge lointain. L’objet UDFj-39546284, le plus lointain jamais observé, a un décalage vers le rouge (redshift) de 10. Le précédent record d’Hubble qui avait repéré une jeune galaxie, 600 millions d’années après le « Big Bang », était de 8,3 ! Rappelons que le vénérable Edwin Hubble (grande figure de l’astrophysique du XX éme siècle qui a donné son nom à l’un des plus important télescopes en activité) a été le premier à observer que le spectre de la plupart des galaxies qu’il étudiait, se décalait vers le rouge … Il put démontrer ainsi en 1930 (loi de Hubble) que l’Univers est en expansion, que les galaxies s’éloignent les unes des autres.

Cette proto-galaxie, à peine visible sur l’image, a une magnitude 29. Elle est 500 millions de fois plus faible que l’étoile la plus faible perceptible à l’oeil nu ! Par ailleurs, cette nouvelle image de l’Univers lointain, appelée Hubble Ultra Deep Field, occupe dans le ciel une surface équivalente à un dixième de celle de la Lune.
La galaxie UDFj-39546284 est peuplée d’étoiles qui se sont formées environ 100 à 200 millions d’années plus tôt, au sein de vastes nuages d’hydrogène pris dans les « mailles » de matière noire !

Avec cette image, les astronomes approchent des frontières de l’Univers, tels des archéologues, ils « ratissent » ces portions lointaines enfouies dans le cosmos, arpentant les différentes « couches » qui racontent l’une après l’autre, l’enfance des galaxies.
Et après ?, plus loin … ? Que peut-on voir ? Le futur télescope spatial James Webb (JWST) développé par la NASA et l’ESA (lancement prévu en 2014), permettra de surprendre la naissance des premières étoiles, 300 millions d’années seulement après le « Big Bang » ! Ce nouvel observatoire spatial de 6,5 mètres de diamètre (Hubble a un miroir primaire de 2,4 mètres de diamètre) délivrera des images qui seront sans commune mesure dans l’histoire de l’astronomie. Les cosmologistes disposeront alors de nouvelles pièces à apporter au vaste puzzle cosmique qu’ils tentent de reconstituer.

En vidéo, zoom dans la constellation de la Baleine à la découverte de Hubble Ultra Deep Field 2009-2010 où a été repéré une jeune galaxie à 13,2 milliards d’années-lumière.

Crédit photo : NASA, ESA, G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (University of California, Santa Cruz, Leiden University), the HUDF09 Team.

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Cartographie de la matière noire dans un amas de galaxies

Des chercheurs qui « tâtonnent » l’Univers afin d’identifier et comprendre l’insaisissable matière noire ont établis une carte de celle-ci au sein d’un amas de galaxies.

La matière noire demeure un épais mystère pour tous les physiciens de la planète. De nature exotique, elle échappe pour l’instant à la sensibilité de tous les détecteurs existants. Et pourtant, elle représente 24 % de la masse de l’Univers contre mois de 4 % pour la matière visible ou baryonique. Elle est dominante à travers tout le cosmos …

Tous les moyens sont bons pour la débusquer. Une équipe de cosmologistes a ainsi étudiée et comparée les observations réalisées avec l’Advanced Camera for Surveys (ACS) du télescope spatial Hubble, de l’amas de galaxies Abell 1689 (lire aussi « Nouvelle approche dans la recherche de la mystérieuse énergie noire »). Situé à plus de 2,2 milliards d’années-lumière, il est très dense et massif : sa population galactique s’élève à plus de 1 000 galaxies différentes. Un tel ensemble créée ce qui s’appelle un effet de « lentille gravitationnelle ». Une déformation de l’espace-temps provoquée par la masse du super-amas qui dévie et déforme la trajectoire de la lumière provenant de galaxies situées à l’arrière-plan.

Procédant par déduction et avec l’appui de modélisations qui reconstituent le développement d’un amas de cette importance, les chercheurs ont établi une carte approximative de la distribution de cette matière abondante et invisible. Si l’amas ne comptait que de la matière visible, il ne fait pas de doutes pour les astronomes, que les effets de la lentille gravitationnelle seraient inférieurs. Par ces observations, la cartographie fait apparaitre la matière noire.

Outre cette matière inconnue, les astrophysiciens fouillent également l’Univers à la recherche d’une force très influente et tout aussi fantôme : l’énergie noire. Les modélisations qui ont été réalisées pour mieux appréhender l’amas Abell 1689 font apparaître une influence tardive de l’énergie noire. Au sein de l’Univers jeune, la matière était beaucoup plus concentrée, réprouvant ainsi avec plus de facilité la mystérieuse énergie noire. Aujourd’hui, la dilution de l’Univers rend celle-ci beaucoup plus influente.

L’étude approfondie d’amas galactique comme celui d’Abell 1689 offre aux chercheurs des opportunités de mieux « cerner » deux composants essentiels à l’évolution de l’Univers : l’énergie noire et la matière noire. D’autres modélisations et observations futures viendront en accroître la connaissance.

Crédit photo : NASA, ESA, and Z. Levay (STScI).

Gigantesques rayonnements gamma découvert dans la Voie Lactée

Une équipe d’archéologues de l’espace a découvert deux énormes formations de part et d’autres du centre de la Voie Lactée. Les observations du télescope spatial Fermi ont permis de les mettre en évidence.

Insoupçonnées jusqu’à aujourd’hui, deux gigantesques bulles émettant dans le rayonnement gamma sont apparues sur les cartes de la Voie Lactée réalisées à partir des données obtenues avec le satellite Fermi. Peu connu du grand public, ce dernier est sensible aux émissions de très haute énergie. Après avoir épluché deux années d’observation, une équipe d’astrophysiciens a remarqué (par déduction) la présence de fantômes d’un rayonnement foisonnant.

Pour l’instant, bredouilles dans l’explication des origines du phénomène, les chercheurs-archéologues de la galaxie mettent en cause le trou noir supermassif qui trône dans l’invisible au centre de la Voie Lactée. Il pourrait s’agir des vestiges – ou rémanents – d’une éruption de particules à hautes énergies émises il y a plusieurs millions d’années … Une autre explication pointent d’antiques et puissantes émissions de toute une grande famille d’étoiles très jeunes.

Les deux jets formant de prodigieuses bulles, s’étendent sur plus de 25 000 années-lumière chacune. Perpendiculaires au plan de notre galaxie, ils semblent avoir pour « racine » commune le centre de la Voie Lactée.

Crédit photo : NASA, DOE, Fermi Gamma-Ray Space Telescope, LAT detector, D. Finkbeiner et al.