Depuis plus de vingt ans, SDSS a procédé méthodiquement à un incroyable arpentage cosmique reposant sur l'observation de plus de deux millions de galaxies jusqu'à 11 milliards d'années-lumière de nous.

SDSS et/ou BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) à partir de 2008, puis eBOSS (extended) à partir de 2014, ont observé, grâce au Télescope de la fondation Sloan (États-Unis), les galaxies proches, puis de plus en plus éloignées (galaxies « rouges », « bleues » et quasars extrêmement lumineux), ainsi que l'absorption par les nuages d'hydrogène de la lumière des quasars, appelée « forêt Lyman-α » (lire « Première tomographie détaillée de l'Univers très lointain » pour en savoir plus).

Connaissant la position dans le ciel des galaxies et des nuages d'hydrogène, ainsi que leur distance (par mesure du décalage de leur spectre vers le rouge), les chercheurs ont pu reconstituer la distribution tridimensionnelle de la matière à grande échelle, sur une large portion d'Univers. « Cette prouesse permet des mesures d'expansion de l'Univers remontant jusqu'à 11 milliards d'années avec une précision remarquable, de l'ordre du pourcent », souligne Étienne Burtin, chercheur à l'Irfu.

Les nouveaux résultats d'eBOSS complètent de manière très intéressante les données du fond diffus cosmologique (380.000 ans après le big-bang) et l'ancienne carte de SDSS couvrant les 6 derniers milliards d'années.

Ils montrent qu'il y a onze milliards d'années, l'expansion de l'Univers ralentissait et qu'elle a commencé à accélérer, il y a environ six milliards d'années. Cette accélération s'est poursuivie de manière ininterrompue jusqu'à aujourd'hui. Elle semble due à une composante inconnue de l'Univers, l'énergie noire. Celle-ci est compatible avec la relativité générale d'Einstein mais s'accorde extrêmement difficilement avec notre compréhension actuelle de la physique des particules.

Par ailleurs, les données d'eBOSS combinées avec celles du fond diffus cosmologique et des supernovae (mesures d'expansion de l'Univers très proche) conduisent à un Univers sans courbure et à une énergie noire de densité constante malgré l'expansion cosmique.

Enfin, les chercheurs ont détecté une discordance entre la mesure du taux d'expansion actuel de l'Univers par SDSS et celle résultant de l'observation des galaxies très proches (supérieure de 10 % à la première). « Il n'y a pas d'explication largement acceptée pour cette différence, note Vanina Ruhlmann-Kleider, physicienne à l'Irfu, mais une possibilité intéressante est qu'une forme de matière ou d'énergie inconnue jusqu'alors, provenant de l'Univers primitif, ait pu laisser une trace dans son histoire ultérieure. »

Au cours de la prochaine décennie, les futurs programmes d'observation dans lesquels la France est fortement engagée, tels DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) en Arizona, Euclid (lancement prévu en 2022) et LSST (Large Synoptic Survey Telescope, au Chili), pourraient résoudre ces énigmes, ou peut-être révéler d'autres surprises.