Mesures relatives à la densité de l'univers observable.

[papy-alain]

Bonjour à tous.
Il y a quelques jours, j'évoquais cet article : http://www.larecherche.fr/actualite/...01-2015-197904 qui semblerait confirmer que la moitié des étoiles de l'univers observable peupleraient les grands espaces intergalactiques.
(J'emploie le conditionnel car, selon Gilgamesh, ce n'est encore qu'une hypothèse qui reste à vérifier.)
Si cette observation se confirmait, dans quelle mesure cela modifierait il les estimations relatives à la courbure de l'univers et, partant de là, obtiendrait on de nouvelles indications relatives à sa topologie ?
PS : j'emploie le conditionnel car, selon Gilgamesh, ce n'est encore qu'une hypothèse qui reste à confirmer.
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[Gilgamesh]

Ça ne change rien à la cosmologie à grande échelle (courbure de l'univers, topologie). D'une part parce que la matière baryonique représente la partie congrue du total (4,5%), d'autre part et surtout parce que la masse baryonique est déjà contrainte.

L'estimation la plus fiable de la masse baryonique est donnée par la mesure de la concentration en éléments légers (He-4, D, He-3, Li-7) qui est indexé au rapport baryon/photon via la théorie de la nucléosynthèse primordiale. Comme on mesure précisément le nombre de photons de l'univers, le nombre de nucléons s'en déduit.

Je met ci dessous deux courbes de la mesure des éléments léger, le premier en rapport avec la masse baryonique Ω_B et le second avec le rapport baryon/photon.

Source du premier; cet article, très complet dont je conseille bien sûr la lecture : Survivances thermiques du Big Bang

Prédiction des abondances des éléments légers, par la nucléosynthèse associée au big bang, en fonction de Ω_B h², qui est la contribution baryonique à la densité de matière actuelle. La bande verticale indique le résultat des mesures de l’abondance du deutérium primordial. Les abondances mesurées d’hélium et de lithium sont en accord avec celles définies par cette fourchette, compte tenu la marge d’incertitude des mesures.

Source du second : Nucléosynthèse primordiale et matière baryonique
Production des éléments légers lors du Big Bang pour Nv =2 (tirets), Nv =3 (ligne continue) et NV =4 (pointillés longs). L'abscisse est le rapport baryon-sur-photon.

Nv représente le nombre de familles de neutrinos légers (pour rappel, Nv =3 selon le Modèle Standard)

[papy-alain]

Merci beaucoup pour cette réponse très complète.
Il y a cependant cette petite phrase qui me préoccupe :

Comme on mesure précisément le nombre de photons de l'univers, le nombre de nucléons s'en déduit.

Ce nombre de photons mesurés provient de l'observation. Or l'article en question parle d'une observation dans l'infra-rouge, qui n'avait jamais été réalisée à cette échelle. Les étoiles isolées dont il est question ici sont inobservables individuellement. A des distances de plusieurs Gal, impossible de les détecter. La surprise provient justement d'un rayonnement global dans l'infra-rouge qui est pratiquement le double de ce qui était attendu. Je cite ce passage :
<< la lumière résiduelle qu'ils observent est trop intense pour provenir des galaxies primordiales, situées très loin dans le cosmos. Et comme ce rayonnement ne vient pas non plus de galaxies connues, c'est la preuve qu'il est produit par des étoiles situées en dehors de ces dernières. C'est l'éclat additionné de tous ces astres solitaires éparpillés dans l'espace - chacun d'entre eux étant trop faible pour être distingué individuellement - que Ciber a détecté. D'après le calcul des scientifiques, cette lueur diffuse brille autant que la lumière de toutes les galaxies. Ces étoiles orphelines seraient donc aussi nombreuses que leurs consoeurs galactiques. >>
Ces observations ont été confirmées par d'autres.
Cela ne traduit il pas une sous-estimation du nombre de photons tels qu'observés jusqu'à présent ?
Si c'était le cas, cela nécessiterait une adaptation du modèle standard, non ?

[Gilgamesh]

Non, car d'une part l'essentiel des photons appartient au CMB (donc ça ne changera pas les ordres de grandeur) et d'autre part le fond infra rouge était déjà mesuré. Ce qui manque encore à ce fond, c'est d'être tout entier résolu, au sens où nos moyens d'observation actuels ne permettent pas de distinguer tous les objets individuels qui l’ont émis. Le travail que tu cites va dans ce sens, mais il ne change par la valeur globale du CIB qui était déjà connu (précisément mesuré par la mission Planck, par exemple).

La photo de famille complète des photons de l'univers porte le nom de DEBRA (Diffuse extragalactic background radiation).

Les membres de la famille sont :

en nW/m²/sr
CGB, le fond gamma          :    0,02
CXB, le fond X              :    0,3
CUVOB, le fond UV-optique   :   24 
CIB, le fond infrarouge     :   30
CMB, le fond micro-onde     : 1000
CRB, le fond radio          :    0,0006

source : Extragalactic Background Light and Cosmic Infrared Background d'Hervé Dole (en PJ)

Sur le graphique ci dessous, l'échelle est logarithmique et écrase les contrastes, et en outre il donne une densité d'énergie par longueur d'onde : le CMB étant formé de photons peu énergétiques tout en étant le plus puissant des rayonnements de fond, il représente à lui tout seul l'écrasante majorité des photons de l'univers.

[A voir en vidéo sur Futura]