La carte de l'Univers sombre d'Euclid : lever le voile sur ses plus grands mystères

Et si 95 % de l'univers nous restaient largement inconnus ? Ce n'est pas une expérience de pensée hypothétique, mais la réalité actuelle de notre compréhension cosmologique. La grande majorité du cosmos est composée de matière noire et d'énergie noire énigmatiques, des composants qui défient l'observation directe et remettent en question nos théories les plus fondamentales.

Dans ce profond mystère s'inscrit la mission Euclid de l'Agence spatiale européenne (ESA), un télescope spatial révolutionnaire lancé le 1er juillet 2023 à bord d'une fusée Falcon-9 depuis Cap Canaveral. Positionné au deuxième point de Lagrange (L2), à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, Euclid n'est pas un simple télescope; c'est un « chasseur d'univers sombre » dédié, dont le but est de créer la carte 3D du cosmos la plus détaillée à ce jour. Sa mission est claire: observer et cartographier méticuleusement des milliards de galaxies sur six ans, en remontant 10 milliards d'années dans l'histoire cosmique pour décoder la nature de la matière noire et de l'énergie noire, qui régissent ensemble la structure et l'expansion de l'univers.

Les architectes invisibles du réseau cosmique

La matière noire, dont l'hypothèse a été émise pour la première fois par le physicien suisse Fritz Zwicky en 1933, explique la différence entre l'attraction gravitationnelle observée dans les amas de galaxies et la matière visible présente. C'est l'échafaudage invisible sur lequel est bâti le réseau cosmique, interagissant par la gravité mais restant invisible car elle n'interagit pas avec la lumière. Malgré des décennies de recherche, sa vraie nature reste insaisissable. Les scientifiques se demandent si elle est composée de particules « froides », lourdes et lentes, ou si une partie pourrait être « chaude » – des particules plus légères et plus rapides comme les neutrinos.

L'approche d'Euclid face à ce casse-tête est ingénieuse. En exploitant l'effet de lentille gravitationnelle – la légère courbure de la lumière provenant de galaxies lointaines par des objets massifs au premier plan –, son instrument visible (VIS) mesurera précisément les formes des galaxies. Cette distorsion permet aux chercheurs de déduire la distribution de la matière noire à travers de vastes échelles cosmiques, fournissant des informations cruciales sur la façon dont cette substance invisible est arrangée et comment sa distribution a évolué au cours de milliards d'années. Cette cartographie étendue pourrait nous aider à enfin caractériser les particules insaisissables qui composent cette composante dominante de l'univers.

L'énigme de l'accélération: l'énergie noire

Alors que la matière noire dicte la structure, l'énergie noire dicte le destin. En 1998, les lauréats du prix Nobel Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess ont fait l'étonnante découverte que l'expansion de l'univers ne ralentit pas à cause de la gravité, comme on le supposait auparavant; elle accélère en réalité. Cette force, appelée « énergie noire », est un profond mystère. L'hypothèse principale suggère qu'il pourrait s'agir d'une « constante cosmologique », une propriété inhérente à l'espace-temps lui-même, comme l'avait proposé Albert Einstein. Cependant, sa nature exacte et son comportement restent l'un des plus grands défis de la cosmologie.

Euclid est équipé de manière unique pour relever ce défi. Son spectromètre et photomètre proche infrarouge (NISP) mesurera le décalage vers le rouge de millions de galaxies, fournissant leurs distances précises et nous permettant de cartographier comment le taux d'expansion de l'univers a changé au fil du temps. En observant des galaxies jusqu'à 10 milliards d'années-lumière, Euclid suivra l'influence de l'énergie noire tout au long de l'histoire cosmique. La mission étudiera également si cette accélération est uniforme dans toutes les directions, un test clé du principe cosmologique qui sous-tend la plupart de nos modèles actuels de l'univers.

Cartographier l'évolution du réseau cosmique

Les instruments scientifiques et la portée opérationnelle d'Euclid le distinguent. Son télescope de 1,2 mètre, combiné aux instruments VIS et NISP, est conçu pour collecter environ 30 pétaoctets de données au cours de sa mission – un immense trésor d'informations. L'objectif n'est pas seulement de découvrir de nouvelles galaxies, mais d'utiliser les observations de milliards d'entre elles pour étudier l'influence changeante de l'énergie noire et la distribution de la matière noire. Cette entreprise vise à retracer l'évolution du réseau cosmique: le vaste réseau d'amas de galaxies, de filaments et de vides cosmiques qui définit la structure à grande échelle de l'univers. En remontant 10 milliards d'années dans le passé, Euclid fournira un accéléré sans précédent de cette évolution.

Cette mission est conçue pour résoudre les divergences existantes au sein du modèle Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), notre cadre cosmologique standard. Par exemple, les observations ont suggéré que la matière normale et la matière noire sont distribuées de manière plus homogène que ne le prévoit le modèle, et il existe des désaccords dans les mesures de la constante de Hubble, qui décrit le taux d'expansion de l'univers. La cartographie complète et de haute précision des formes et des distributions des galaxies par Euclid fournira les données nécessaires pour affiner ou potentiellement révolutionner le modèle ΛCDM, offrant de nouvelles perspectives sur les lois fondamentales régissant le cosmos.

Selon nous, la mission Euclid représente plus qu'un exploit technologique impressionnant de l'ESA; c'est un pivot essentiel dans la quête de l'humanité pour comprendre sa place dans l'univers. En créant une carte véritablement colossale des galaxies, Euclid promet de transformer notre compréhension des composants « sombres » qui façonnent notre réalité, nous rapprochant ainsi de la résolution des mystères les plus profonds de la cosmologie. C'est un témoignage du pouvoir de la recherche scientifique à éclairer l'invisible et peut-être, ce faisant, à réécrire les manuels sur la nature fondamentale du cosmos lui-même.