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En bleu sur cette photo, des images déformées de galaxies. Leurs positions et formes vont permettre d’étudier l’énergie noire avec une méthode originale et prometteuse : le phénomène des lentilles gravitationnelles. Le but est d’observer cette mystérieuse composante "invisible". Selon les scientifiques, l’énergie noire serait responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers.

L’étude de l’énergie noire est un des grands défis de l’astronomie du XXIe siècle. Mais observer quelque chose d’invisible est loin d’être évident ! Actuellement, il y a peu de programmes dédiés à l’étude de l’énergie noire et encore moins de programmes capables de la mesurer avec précision.

Une méthode inédite : quantifier la relation entre la pression et la densité de l’énergie noire

Afin de faire progresser notre connaissance de l’énergie noire, une équipe internationale de chercheurs dont le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille a développé une nouvelle méthode d’observation très prometteuse. « Nous savons que l’énergie noire est caractérisée par la relation entre sa pression et sa densité. Notre objectif était donc d’essayer de quantifier cette relation. Nous avons pour ce faire mesuré les propriétés de lentille gravitationnelle de l’amas de galaxies Abell 1689,» précise Eric Jullo (JPL Caltech et Laboratoire d’Astrophysique de Marseille), le premier auteur de l’article scientifique présentant ces travaux dans la revue Science du 20 août 2010.

Les lentilles gravitationnelles : des lentilles célestes au pouvoir déformant

Le phénomène des lentilles gravitationnelles était prédit par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Cette équipe s’est ici appuyée sur ce phénomène pour étudier comment l’Espace-Temps est déformée par l’énergie noire. Dans un amas de galaxies très massif, l’attraction gravitationnelle est si forte qu’elle dévie la lumière provenant de galaxies très lointaines, produisant ainsi des images multiples et distordues de ces objets lointains, c’est ce que l’on appelle une lentille gravitationnelle. La puissance déformante de ces « lentilles célestes » est proportionnelle à la masse de l’amas et à la distance de l’objet en arrière-plan. C’est comme un miroir déformant, la déformation de votre reflet dépend de la forme du miroir et de la distance qui vous en sépare.

Retracer le parcours de la lumière pour évaluer l’expansion de l’univers

« En recomposant le chemin de la lumière des différents objets, situés à différentes distances, nous pouvons déduire un certain nombre d’informations sur la vitesse de l’expansion de l’Univers à différentes époques qui dépend de la nature de l’énergie noire,» déclare Jean-Paul Kneib, coauteur de l’article scientifique.
La géométrie, le contenu et l’évolution de l’Univers sont intimement liés. Si l’on connaît deux de ces données, il est possible d’en déduire la troisième. « Nous connaissons assez bien le contenu de l’Univers, aussi, si nous arrivons à mieux connaître sa géométrie nous serons capables de déterminer de manière précise son évolution au cours du temps» dit Carlo Schimd, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.
Le développement de cette méthode a nécessité de nombreuses étapes, sur plusieurs années. Un effort récompensé : cette méthode inédite est actuellement l’une des plus prometteuses, notamment dans la perspective des observations avec le télescope spatial Hubble et son successeur, le téléscope spatial James Webb.

Source : Institut National des Sciences de l’Univers / CNRS
Crédits photographiques :
En bleu, les images déformées des galaxies d’arrière-plan sont visibles autour du centre de l’amas. La position et la forme de ces images déformées dépendent de la distribution de matière dans la lentille et de la distance relative entre la lentille et les galaxies lointaines ainsi que des propriétés de l’énergie noire.

@NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) and J-P. Kneib (LAM).

Référence :

« Cosmological Constraints from Strong Gravitational Lensing in Clusters of Galaxies ». Eric Jullo, Priyamvada Natarajan, Jean-Paul Kneib, Anson D’Aloisio, Marceau Limousin, Johan Richard, Carlo Schimd. Science 20/08/2010.