La question de l’origine de l’énergie noire (DE pour Dark Energy) et de la matière noire (DM pour Dark Matter) est devenue une des interrogations majeures de la physique contemporaine. En effet à elles seules ces deux composantes représentent plus de 95% du contenu de l’univers, et n’ont pas à ce jour été identifiées. L’étendue de notre ignorance peut être appréhendée en réalisant que l’énergie noire responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers observée dès 1999 pourrait être une forme nouvelle d’énergie, ou bien une constante cosmologique, ou alors la manifestation d’une déviation aux lois de notre théorie de gravitation aux très grandes échelles cosmiques.
La combinaison de différentes sondes et observables, incluant les supernovae (SN), les oscillations acoustiques baryoniques (BAO) avec en particulier SDSS (BOSS) et le fond diffus cosmologique (CMB) avec Planck s’est montrée indispensable pour lever les dégénérescences intrinsèques liant les observables aux paramètres cosmologiques, mais reste néanmoins insuffisante pour conclure définitivement sur l’origine de l’accélération de l’expansion de notre Univers. En effet, plusieurs pistes autres que la constante cosmologique sont envisageables pour expliquer cette accélération. La première piste réside dans l’ajout d’un nouveau champ scalaire, ou quintessence, dans le tenseur énergie-impulsion de l’équation d’Einstein. L’équation d’état de ce champ est en général différente de celle de la constante cosmologique. La deuxième piste consiste à remettre en cause les principes de base de la cosmologie, tel que par exemple l’homogénéité. Dans ce cas, les inhomogénéités du champ gravitationnel à grande échelle peuvent s’accompagner d’une accélération apparente de l’expansion de l’Univers. Enfin, la relativité générale elle-même peut être modifiée à grande échelle, comme par exemple dans les théories tenseur scalaire, f(R), ou bien encore dans les théories à dimensions supplémentaires. Ces modifications de la relativité générale peuvent non seulement provoquer une accélération apparente de l’expansion de l’Univers, mais plus encore peuvent modifier la croissance des structures à grande échelle. Dès lors, l’équation d’état n’est plus suffisante pour décrire l’énergie noire au sens le plus large. Pour lever les dégénérescences entre les différentes théories, il devient nécessaire de déterminer le plus précisément possible à la fois la constante de Hubble H0, la distance lumineuse DL(z), la distance angulaire DA(z), le spectre de puissance des fluctuations de densité p(k) et le facteur de croissance des grandes structures.
Devant cette inconnue majeure, la communauté scientifique a proposé des projets dédiés visant à cerner l’origine de DE et DM. Comme il est nécessaire d’observer les très grandes échelles auxquelles DM et DE sont sensibles, ces expériences font appel à de très grands sondages « cosmologiques » qui s’attaquent à l’ensemble du volume de l’univers. Ces projets demandent la mise en place d’instruments spécifiques destinés à ce genre de mesure.
Les objectifs principaux du groupe du CPPM sont de mesurer les paramètres cosmologiques pour comprendre l’accélération récente de l’expansion de l’Univers souvent associée à une mystérieuse énergie noire en utilisant plusieurs sondes cosmologiques. Le groupe du CPPM s’est focalisé sur 2 sondes le supsernovae et les mesures de grandes structures. Le CPPM a participé à l’observation au sol de supernovæ lointaines avec plusieurs centaines de supernovæ lointaines, observées dans le cadre du supernovæ Legacy Survey au télescope CFHT à Hawaii et au VLT au Chili, et qui ont donné lieu à des analyses complètes en photométrie et spectroscopie. Cette étape a permis de donner des premières indications précises sur les paramètres cosmologiques. Le groupe s’est aussi impliqué dans la recherche de supernovæ proches dans le cadre de SN factory pour aider au contrôle des propriétés des supernovæ et ainsi contrôler les mesures cosmologiques.
En parallèle, RENOIR a démarré une activité sur les oscillations acoustiques baryoniques en participant au relevé en cours en spectroscopie de SDSS-III qui permet de cartographier la distribution tridimensionnelle de millions de galaxies fournissant une mesure de l’échelle de ces oscillations dans l’univers proche. Ce projet a permis de contraindres les mesures BAO dans les distances intermédiaires . Le CPPM participe maintenant a e-BOSS, UNe extension de BOSS dans une Univers plus lointain et participe a la preparation de DESI, un projet de 10 spectrographe au sol, aux Etats Unis qui mesura des milliers de spectres a l’horizon 2020.
Le groupe a aussi une forte activité sur la préparation de 2 grands projets futurs, LSST et Euclid, prioritaires dans le domaine et à l’IN2p3. Ces projets permettent des mesures de plusieurs sondes (l’un plus optimisé pour la recherche de supernovæ et les mesures de cisaillement, l’autre plus sur le BAO et le cisaillement) et devraient apporter une mine de nouvelles informations précises pour contraindre le problème de l’accélération de l’Univers et son interprétation. Le but du groupe RENOIR est de développer des outils pour combiner l’ensemble de ces données et peut être, ainsi mieux comprendre la nature de l’énergie noire.