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JOSEPH SILK ET NICHOLAS KAISER RECOIVENT LE PRIX GRUBER DE COSMOLOGIE 2019

En mai 2019, Joseph Silk et Nicholas Kaiser ont reçu le prestigieux prix de cosmologie de la fondation Gruber (considéré comme le « Nobel de la cosmologie »), pour leurs résultats complémentaires dans deux domaines de recherche majeurs : « la théorie de la structure cosmologique » et « la création de nouvelles sondes de la matière noire ». Ils se partageront le prix et chacun recevra une médaille d’or lors d’une cérémonie qui se tiendra le 28 juin à la conférence « CosmoGold » de l’Institut d’astrophysique de Paris, en France.

Le rayonnement de fond cosmique, le rayonnement émis dans toutes les directions de l'Univers dans le domaine des micro-ondes, est considéré comme un « fossile » du Big Bang (nom donné au processus de formation de l'Univers, suivi d'une expansion jusqu'à l’époque actuelle). Ce rayonnement n'est pas uniforme, il comporte de petites fluctuations de température qui sont l'empreinte des faibles variations de la densité de matière ; celles-ci résultent des conditions physiques dans l'Univers primordial (peu de temps après le Big Bang) et ont finalement conduit à la formation des étoiles et des galaxies que les astronomes observent aujourd'hui, 14 milliards d'années après le Big Bang. Joseph Silk a publié en 1968 les résultats d'un calcul selon lequel les fluctuations inférieures à une taille critique (appelée « échelle d'amortissement de Silk ») pourraient avoir été en partie réduites à cause de la diffusion des photons provenant du rayonnement de fond, depuis les zones plus chaudes de l'espace vers les zones plus froides.

Comprendre la distribution des galaxies dans l’Univers actuel, qui se présente sous la forme d’un réseau cosmique de vides, de filaments et de murs, nécessite une grande quantité de matière invisible, appelée « matière noire ». Dans une série d'articles initiée en 1984, Nicholas Kaiser a proposé divers outils statistiques qui permettent aux astronomes d'extraire des informations utiles (et peu affectées par le bruit) à partir des relevés de la distribution des galaxies ; les caractéristiques à grande échelle  de cette distribution portent l'empreinte des propriétés de l'Univers après le Big Bang, que les chercheurs et chercheuses peuvent alors étudier grace aux outils développés par Nicholas Kaiser. En 1987, il a également montré comment les mouvements des galaxies sous l’effet de la matière noire affectait leur distribution observée sur les cartes de la distribution des galaxies. Et en 1992, il a montré comment les mesures statistiques des petites distorsions de la forme des galaxies (les rendant plus allongées) portaient des informations sur la distribution de la matière noire dans l'Univers. Cet effet est appelé « lentille faible » - c’est un phénomène prédit par les équations d’Einstein pour la relativité générale, dans lequel une galaxie de premier plan déforme par gravité la lumière d’une galaxie située en d’arrière plan. Un des objectifs principaux du futur satellite Euclid, actuellement en construction, est de mesurer les effets de lentille faible avec un haut niveau de précision.

Beaucoup de preuves de la présence de matière noire résident dans ses effets gravitationnels : l’effet de lentille faible est un exemple ; une autre est l'excès de vitesse des étoiles à la périphérie des galaxies, indiquant que ces dernières contiennent plus de matière que ce qui est visible sous la forme d'étoiles. En 1984, Joseph Silk a proposé des signatures indirectes des particules de matière noire qui seraient causées par leur auto-annihilation en particules (telles que les antiprotons et les positrons dans les rayons cosmiques;  ou les neutrinos de haute énergie), ou en radiations (rayons gamma), qui peuvent toutes être détectées depuis la Terre.

Les travaux de Joseph Silk et de Nicholas Kaiser ont donc été déterminants pour la cosmologie moderne, à savoir l’étude de l'origine et de l'évolution de l'Univers à l'aide d'observatoires et de détecteurs à la pointe de la technologie, ainsi que de théories physiques. Si chacun d'eux a apporté d’autres contributions importantes à son domaine, leurs résultats indépendants mais complémentaires sur le rayonnement de fond cosmologique et la matière noire ont ouvert des voies nouvelles et essentielles pour notre compréhension de l’Univers.

Joseph Silk et Nicholas Kaiser sont tous deux affiliés à des institutions parisiennes : Joseph Silk en tant que professeur émérite et chercheur à l’Institut d’astrophysique de Paris (en plus d’un quart de mandat à l’Université Johns Hopkins) ; Nicholas Kaiser en tant que professeur à l'École Normale Supérieure de Paris.


Joseph Silk et Nicholas Kaiser (crédit : Jean Mouette /IAP-CNRS-SU)

Lien

puce  Le prix Gruber de cosmologie 2019 (en anglais)

Ecriture web: Valérie de Lapparent
Mise en page: Jean Mouette

Juin 2019

Institut d'Astrophysique de Paris - 98 bis boulevard Arago - 75014 Paris