Cosmologie : comment les traces de l’Univers primordial éclairent son expansion

La cosmologie étudie l’origine, l’évolution et la nature de l’Univers. La NASA indique que les découvertes du XX^e siècle ont transformé cette discipline, même si certains aspects du cosmos restent encore à connaître. Pour reconstituer son histoire, les chercheurs mettent en relation des observations de différentes époques et étudient notamment l’expansion et la formation des structures.

L’un des signaux fondamentaux est le fond diffus cosmologique (CMB, selon son sigle anglais), que la NASA décrit comme la lumière la plus ancienne que nous puissions observer dans l’Univers. Une autre approche consiste à mesurer le regroupement des galaxies à de grandes distances. Il s’agit de relevés distincts : le CMB présente des variations de température, tandis que la distribution des galaxies révèle la structure cosmique à grande échelle.

La trace des ondes acoustiques

Dans l’Univers primordial, la matière et la lumière formaient un plasma chaud et dense. Selon le glossaire de la NASA, les régions où la concentration de lumière et de matière était plus élevée subissaient une pression plus importante, ce qui a fait se propager vers l’extérieur des ondes sonores entraînant la matière ordinaire, ou baryonique. Lorsque l’Univers s’est suffisamment refroidi pour que la lumière puisse voyager librement, le fond diffus cosmologique s’est formé.

Le mouvement de matière associé à ces ondes a produit des couches sphériques présentant un excès de densité. La NASA explique que les oscillations acoustiques des baryons (BAO, selon leur sigle anglais) se reflètent dans les variations de température du CMB et qu’elles laissent aujourd’hui une faible trace dans le regroupement des galaxies. Le glossaire décrit ce signal comme un léger excès de paires de galaxies séparées d’environ 500 millions d’années-lumière ; la source ne précise pas ici la convention de distance utilisée.

L’échelle de ces caractéristiques sert de « règle standard ». En la mesurant dans la distribution des galaxies, les astronomes peuvent étudier le rythme d’expansion de l’Univers et obtenir des informations sur l’énergie sombre, selon la NASA. Ainsi, une trace de l’Univers primordial fournit un outil pour étudier l’évolution cosmique.

Matière baryonique et composition de l’Univers

Le glossaire de la NASA emploie l’expression matière baryonique pour désigner, en astronomie, la matière ordinaire qui forme notamment les atomes, les êtres humains, les planètes, les étoiles et les galaxies. Cette source indique qu’elle représente 4,9 % de la masse-énergie de l’Univers. Le pourcentage et l’expression « masse-énergie » sont repris ici tels que les formule le glossaire.

Euclid : cartographier les galaxies à grande échelle

L’ESA a conçu Euclid pour explorer la composition et l’évolution de ce que l’on appelle l’Univers sombre en étudiant la structure cosmique. La mission observera des milliards de galaxies situées jusqu’à 10 000 millions d’années-lumière, sur plus d’un tiers du ciel, afin de créer une grande carte tridimensionnelle de l’Univers. L’ESA indique qu’Euclid a été lancé le 1^er juillet 2023 et que sa destination est le deuxième point de Lagrange du système Soleil-Terre, à 1,5 million de kilomètres de la Terre.

Grâce à cette carte, Euclid étudiera l’expansion de l’Univers et la formation de ses structures au fil de l’histoire cosmique. L’ESA indique que les observations contribueront à étudier le rôle de la gravité ainsi que la nature de la matière noire et de l’énergie sombre. Ce sont des questions auxquelles la mission s’attaquera en observant les galaxies et la structure à grande échelle.

Le fond diffus cosmologique et les cartes de galaxies offrent des relevés complémentaires. Les variations de température du CMB conservent des informations sur l’Univers primordial ; le signal BAO dans le regroupement des galaxies permet d’utiliser une échelle connue pour étudier l’expansion. Euclid élargira les observations de cette structure dans l’espace et au fil de l’histoire cosmique.