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Paris, 19 septembre 2003

Confirmation de l'expansion accélérée de l'Univers

Onze nouvelles supernovae très éloignées, de type Ia, ont été observées avec le télescope spatial Hubble, entre 1998 et 2000. Réalisées par le Supernova Cosmology Project (SCP) - une collaboration de recherche internationale regroupant les États-Unis, la France (CNRS/IN2P3) (1) , la Suède, l'Angleterre, le Chili, le Japon et l'Espagne -, ces observations ont permis d'obtenir des résultats décisifs. Ceux-ci confirment notamment la présence dans le cosmos de cette mystérieuse « énergie noire » qui conduit l'Univers à être en expansion toujours plus rapide. Ils témoignent en outre de la pertinence des observations spatiales pour son étude.

Grâce à l'observation depuis l'espace de onze nouvelles supernovae

Les supernovae de type Ia constituent une classe d'événements très homogènes du point de vue de leur luminosité. Ils sont en effet si lumineux qu'ils peuvent être détectés à des milliards d'années-lumière, une distance suffisamment grande pour que des effets cosmologiques puissent être observés. Les supernovae peuvent ainsi servir de " chandelles standard " pour l'estimation de certains paramètres cosmologiques. Entre 1998 et 2000, onze supernovae de type Ia ont été observées avec le télescope spatial Hubble. Leurs courbes de lumière et leurs spectres constituent un ensemble sans précédent de données sur ces supernovae à grand décalage spectral (c'est-à-dire situées à grande distance), effectuées depuis l'espace. Les conclusions résultant de l'observation de ces supernovae sont très importantes pour ce qui concerne la présence d'" énergie noire " dans le cosmos.

En premier lieu, ces nouvelles observations confortent les résultats annoncés en 1998 par le SCP et un groupe concurrent, le Hi-Z supernova Team. La découverte surprenante de ces deux études, basées sur des observations principalement effectuées depuis le sol, était que la luminosité des supernovae du type Ia très éloignées est plus petite que celle attendue dans un Univers sans accélération mais cohérente avec la présence d'une énergie d'accélération importante. Cela signifiait que l'Univers est en expansion accélérée sous l'action d'une énergie dite " noire ", présente dans tout l'espace. À l'époque, des critiques avaient été émises : cette perte de luminosité pouvait être due à la présence de poussières dans les galaxies hôtes qui, en quantité importante, absorbent et diffusent la lumière, diminuant d'autant la luminosité apparente des supernovae. Mais si tel est le cas, ces poussières doivent également affecter la " couleur " des supernovae, les faisant apparaître plus " rouges ", car l'absorption et la diffusion de la lumière, et donc son extinction, se fait préférentiellement dans le bleu, un phénomène parfaitement analogue au rougissement du ciel au coucher de soleil d'autant plus beau les jours de grande pollution. Réalisées depuis le sol, les observations d'alors ne permettaient pas de trancher…

En revanche, n'étant pas affectées par l'atmosphère terrestre, les observations effectuées avec le télescope spatial Hubble fournissent des données bien plus précises. Elles permettent notamment de quantifier le degré d'extinction (en fonction de la longueur d'onde) de la lumière émise par une supernova, dû à la présence de poussières dans la galaxie hôte. Les résultats obtenus ont ainsi permis de lever toute ambiguïté : l'atténuation de la lumière ne peut pas être attribuée uniquement à l'extinction par la poussière de la galaxie hôte ; elle est bien due pour partie à la présence d'une énergie noire.

Ces nouveaux résultats ont également permis :

  • d'obtenir des estimations plus précises de la densité relative de matière et d'énergie noire présentes dans l'Univers : 75 % de la densité de l'Univers serait de l'énergie noire,

  • d'obtenir de nouvelles informations sur la nature de cette mystérieuse énergie (notamment son rapport densité/pression),

  • d'exclure certains des modèles cosmologiques cherchant à expliquer la nature de cette énergie (dont les plus simples parmi les modèles de quintessence).

Les supernovae de type Ia sont le moyen le plus direct de mesurer les propriétés de cette énergie. Les expériences en cours comme le SuperNova Legacy Survey et le Supernova Factory auxquelles participent des équipes du CNRS (IN2P3 et INSU) (2) et du CEA (DAPNIA) (3), visent à mesurer un millier de ces supernovae jusqu'à des décalages spectraux voisins de l'unité (supernovae très distantes). Elles permettront de sonder avec une plus grande précision la nature de l'énergie noire. À plus long terme, le projet de satellite " SuperNova Acceleration Probe " (SNAP), actuellement à l'étude, prendra le relais et permettra d'obtenir des mesures très précises des paramètres cosmologiques et de l'évolution de la densité d'énergie noire lors de l'expansion de l'Univers.

Notes :

1) Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules

2) Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
Institut National des Sciences de l'Univers

3)Département d'Astrophysique, de physique des Particules, de physique Nucléaire et de l'Instrumentation Associée de la DSM

Références :

À paraître dans Astrophysical Journal (Knop et al, Supernova Cosmology Project*, astro-ph 0309368)

Contacts :

Contacts chercheurs :
Pierre Astier, Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies
Tél : 01 44 27 48 42 - Mél : pierre.astier@in2p3.fr
Pierre Antilogus, Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies
Tél : 01 44 27 41 54 – Mél : Pierre.Antilogus@lpnhep.in2p3.fr

Contact IN2P3 : Dominique Armand
Tél : 01 44 96 47 51
Mél : darmand@admin.in2p3.fr

Contact presse : Martine Hasler
Tél : 01 44 96 46 35
Mél : martine.hasler@cnrs-dir.fr

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