Le modèle cosmologique le plus simple de nouveau favorisé ?
En 2013, les résultats de Planck ont mis en évidence pour la première fois un désaccord entre les paramètres cosmologiques déterminés par le fond diffus cosmologique et ceux obtenus en analysant l'abondance des amas de galaxies détectés par Planck. Ce désaccord a été confirmé lors de la seconde analyse de Planck en 2015 ainsi que par des analyses indépendantes impliquant l'utilisation du lentillage gravitationnel ou d'amas de galaxies observés dans le domaine des rayons X. Des chercheurs de l'IAS ont montré, à la lumière d'une nouvelle analyse, que le fond diffus cosmologique et l'abondance des amas de galaxies observés par Planck convergent en fait vers le modèle cosmologique standard le plus simple, dominé par la matière noire froide et une constante cosmologique.
Le fond diffus cosmologique et l'abondance des amas de galaxies permettent de mesurer les paramètres cosmologiques aussi bien indépendamment qu'en combinaison. Jusqu'en 2013 et les premiers résultats de Planck, le nombre d'amas de galaxies utilisables pour des analyses cosmologiques était trop faible. Les mesures des paramètres cosmologiques déduites étaient donc entachées de grandes barres d'erreurs et donc peu fiables. En 2013 et grâce à environ 200 amas de galaxies observés par le satellite Planck, une mesure précise des paramètres cosmologiques a été rendue possible, montrant un désaccord entre les paramètres cosmologiques déterminés par le fond diffus cosmologique et ceux obtenus en analysant l'abondance des amas de galaxies. Ce désaccord portait notamment sur la mesure de la densité de matière dans l'univers et sa distribution aux très grandes échelles. Ce désaccord a été confirmé lors de la seconde analyse de Planck en 2015, utilisant près de 500 amas de galaxies, ainsi que par des analyses indépendantes basées sur l'utilisation du lentillage gravitationnel ou d'amas de galaxies observés dans le domaine des rayons X.
Une telle différence ne pouvait avoir que deux origines possibles : soit la masse des amas observés était fausse d'un facteur deux, une hypothèse irréaliste étant donné l'état de l'art sur la compréhension des amas de galaxies, soit le désaccord était le signe d'un écart au modèle cosmologique le plus simple.
En 2016, Planck a publié de nouveaux résultats d'analyse du fond diffus cosmologique révisant notamment le paramètre cosmologique lié à la formation des premières étoiles dans l'univers. Dans une étude parue dans Astronomy & Astrophysics, une équipe de chercheurs de l'IAS a effectué une ré-analyse approfondie. Elle a utilisé ces nouvelles données dans une analyse complète combinant le fond diffus cosmologique, l'abondance des amas mais aussi leur fonction de corrélation angulaire sur tout le ciel. Cette nouvelle étude montre que le désaccord entre les paramètres déduits du fond diffus cosmologique et des amas de galaxies est fortement réduit.
L'équipe a aussi exploré des écarts au modèle cosmologique le plus simple, comme l'ajout de neutrinos massifs ou une composante d'énergie noire différente de la constante cosmologique. Cette analyse montre qu'aucune de ces deux extensions au modèle cosmologique « standard » ne permet de résoudre le faible désaccord restant, qui doit encore être étudié et expliqué.
Le modèle cosmologique le plus simple, avec l'époque de formation des premières étoiles nouvellement déduite de Planck, est celui qui permet un meilleur accord entre le fond diffus cosmologique et l'abondance des amas de galaxies, et celui-ci semble donc favorisé.
Article scientifique : Salvati L., Douspis M., Aghanim N., Constraints from thermal Sunyaev-Zel'dovich cluster counts and power spectrum combined with CMB, A&A, 614, A13, 2018.
Communiqué de presse CNRS/INSU
Contact à l'IAS : Nabila Aghanim
Carte tout-le-ciel de la distribution des amas de galaxies détectés par Planck superposée à la carte du fond diffus cosmologique. Crédits : Nabila Aghanim
