CHIME mesure l'hydrogène cosmique sans cartes de galaxies : un pas vers l'énergie noire

Une équipe internationale de chercheurs a démontré que l'expérience canadienne CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) peut mesurer directement l'émission d'hydrogène neutre de l'Univers, sans comparer ses données à des cartes de galaxies. Décrit dans deux études récemment publiées, ce résultat constitue une étape clé pour comprendre l'énergie noire, supposée responsable de l'accélération de l'expansion cosmique.

Une méthode jusque-là coûteuse

CHIME enregistre le signal cumulé d'hydrogène provenant de différentes directions et distances. Un signal fort laisse penser à de nombreuses galaxies, un signal faible à peu de galaxies. Mais l'instrument capte aussi des interférences d'origine terrestre et le bruit de fond de la Voie lactée. Pour vérifier qu'il observait bien des galaxies, il fallait confronter les données à des cartes réalisées par d'autres télescopes, une opération onéreuse. Les auteurs ont modifié le logiciel pour s'affranchir de cette étape.

Pourquoi l'hydrogène

Environ 380 000 ans après le Big Bang, la matière a suffisamment refroidi pour que les ondes de pression qui parcouraient le gaz primordial, dense et chaud, se « figent ». Elles ont laissé une empreinte d'environ 500 millions d'années-lumière, où la matière a plus de chances d'être regroupée. Suivre l'évolution de la taille apparente de cette empreinte avec la distance permet de reconstituer l'expansion de l'Univers et la nature de l'énergie qui la pilote. La matière regroupée étant riche en hydrogène, cet élément est un traceur idéal.

La suite

L'équipe a analysé 94 nuits d'observation de CHIME réalisées en 2019. Les résultats sont cohérents avec le modèle cosmologique standard, ce qui indique que la méthode fonctionne. C'est toutefois insuffisant pour étudier l'évolution de l'énergie noire. Les chercheurs comptent désormais exploiter les sept années de données disponibles.

Trois scénarios sont envisagés : une expansion éternelle, un Big Rip, où une énergie noire toujours plus intense disloquerait amas de galaxies, galaxies, étoiles, planètes puis atomes, ou un Big Crunch, où elle s'affaiblirait jusqu'à l'effondrement de l'Univers. Impossible de trancher pour l'instant, mais la nouvelle méthode offre un moyen moins coûteux d'y parvenir.