Ce que l’on sait aujourd’hui

L’Univers est né il y a 13,8 milliards d’années (scénario du Big Bang). Il grandit : c’est « l’expansion de l’Univers ». L’observation de son évolution montre qu’il est composé de :

– 5 % de matière ordinaire (vous, moi, étoiles, planètes, galaxies…)

– 25% de matière noire (une matière encore inconnue mais invisible)

– 70 % d’énergie noire : encore plus mystérieux…

Comment cela est-il mesuré et comment faire mieux avec LSST (Large Synoptic Survey Telescope) ?

Le côté obscur de l’Univers

Il va donc falloir mesurer la vitesse ou la distance de ces objets (en mesurant le décalage des spectres vers le rouge lors de l’éloignement de ces objets). C’est en mesurant la distance des galaxies et leur vitesse par rapport à nous que l’on s’est aperçu de l’expansion de l’Univers.

Lemaître avait raison, mais alors, en remontant le film à l’envers, il existe un « début » de l’Univers. Tout ceci est confirmé par le CMB découvert par Penzias et Wilson et par les abondances des éléments légers.

La gravité freine l’expansion de l’Univers, plus l’Univers contient de matière, plus il est massif et moins l’Univers s’étend rapidement. Quel pourrait être alors le destin de l’Univers, théoriquement la gravité devrait à la fin reprendre le pas sur l’expansion et tout ramener au point de départ. C’est ce qu’ont voulu vérifier des astronomes à la fin du XXème siècle en se basant sur les supernovas Ia. Et, là, surprise ! L’Univers au lieu de ralentir, continue son expansion en accélérant même.

On a aussi effectué un nombre important de combinaisons de deux paramètres (quantité de matière et courbure de l’espace) en les faisant varier, mais sans jamais atteindre l’Univers tel qu’il est. Il faut absolument introduire une autre constante pour rendre compte de l’Univers tel qu’il est. On introduit alors un troisième paramètre, la constante cosmologique, ou l’énergie noire qui favorise l’expansion accélérée de l’Univers. On est en accord avec ce que l’on observe. Univers avec 30% de matière et une expansion accélérée : 70% d’énergie noire. Par contre on ne connait pas la nature de cette énergie noire. Ce devrait être une des missions du LSST.

Et la matière noire ?

On connait tous la façon dont elle a été mise au jour (Zwicky, Vera Rubin). Que sait-on à propos d’elle ? Elle est massive. Elle est obscure (invisible). Peu ou pas d’interaction avec la matière visible et les photons.
Sa nature :

· WIMP : 100 x masse du proton

· Axions : 10-15 x masse du proton

· Trou Noir : 30 masses solaires ?

Le LSST doit là aussi faire le choix entre ces possibilités. Les données actuelles nous permettent d’approcher la composition de l’Univers avec les facteurs de précision indiqués sur cette image. Ces précisions de mesure sont tirées des derniers relevés de Planck.

Le télescope LSST

Le LSST est un télescope optique de grande taille en cours de construction à une centaine de kilomètres de La Serena au nord du Chili et caractérisé par un champ d’observation très large (3,5° soit 40 fois la taille de la Lune). Les caractéristiques de ce télescope de relevé astronomique, lui permettent de photographier l’ensemble du ciel austral (18 000 deg²) en un peu plus de trois jours. Sa résolution spatiale est de 0,2 secondes d’arc.
Au cours des 10 années d’observation programmées le LSST doit photographier 825 fois l’ensemble du ciel austral ce qui permettra, en fusionnant les différentes images, d’atteindre une magnitude apparente de 27. Il contient des instruments multisondes, dont 6 filtres large bande de 350 nm à 1200 nm. Sa caméra à grand champ est de 3,2 Milliards de pixels (GPix) contient 189 CCD de 4kx4k. Entièrement automatisé, il devrait fournir un nombre énorme de données. Le diamètre de son miroir fait 8,4 m.

Ce télescope est en construction au Chili. C’est principalement la France et les USA qui sont impliquées. La conception de l’optique est originale, pour avoir un très grand champ, la lumière est réfléchie sur 3 lentilles, dont la première et la troisième sont sur le même bloc de verre.

La cosmologie avec le LSST

· Améliorer nos connaissances sur l’énergie noire

· Cartographier la matière noire

· Estimation du redshift basée seulement sur les 6 filtres (il n’y a pas de spectro)

· Étudier les BAO (Oscillations acoustiques de baryons) indicateur de la distance typique entre les galaxies.

· Étude d’un million de supernovas Ia

· Microlensing et weak lensing

Conclusion

LSST, un télescope ultime pour la cosmologie au sol ?

· Caméra CCD la plus grande possible

· Équipé multi-sondes

· Très faibles erreurs sur les paramètres de l’équation d’état de l’énergie noire

Le compte rendu détaillé est disponible sur le site de Jean-Pierre Martin ICI.