Cosmologie observationnelle

Bien qu'il y a eu de tout temps des observations du cosmos, l'expression « cosmologie observationnelle » commence à être utilisée systématiquement à la fin des années 1920, au moment où Edwin Hubble communique ses découvertes sur la taille, la structure et la dynamique de l'Univers[2] - [3]. Effectués entre 1923 et 1934, les travaux de Hubble repoussent les frontières du cosmos, alors plus ou moins limitées à notre galaxie, en confirmant l'existence d'autres galaxies[4]. Les observations de l'astronome américain mettent également en évidence un décalage vers le rouge de la plupart des galaxies, décalage proportionnel à leur distance, ce qui mène à la découverte de l'expansion de l'Univers[4]. Enfin, au milieu des années 1930, Hubble montre que la répartition des galaxies est homogène et isotrope[4], amenant l'une des premières preuves observationnelles du principe cosmologique[5]. La plupart des modèles cosmologiques seront par la suite basés sur des métriques de type Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW)[6].

Découverte du fond diffus cosmologique

Wilson et Penzias devant l'antenne cornet Holmdel (en) ayant mené à la découverte du fond diffus cosmologique[7].

Une autre avancée majeure en cosmologie observationnelle survient une trentaine d'années plus tard, en 1965, alors qu'Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson, chercheurs aux laboratoires Bell, découvrent accidentellement le fond diffus cosmologique (cosmic microwave background, CMB), un rayonnement électromagnétique micro-onde provenant de toutes les directions du ciel. Ce rayonnement est prévu par la théorie du Big Bang depuis la fin des années 1940 et sa découverte convainc la communauté scientifique d'adopter ce modèle cosmologique[8].

Variation des constantes de couplage des quatre interactions fondamentales de la physique en fonction de l'énergie. Jusqu'ici, seule la transition électro-faible (${\displaystyle \alpha _{W}}$ et ${\displaystyle \alpha _{em}}$) a été observée.

Au cours de la décennie suivante, des chercheurs observent pour la première fois l'effet Sunyaev-Zel'dovich, permettant de mieux détecter les amas de galaxies[9], ainsi que l'unification électrofaible, qui apporte un soutien expérimental à l'idée d'unification des forces à hautes énergies et que, selon le modèle du Big Bang, l'Univers serait passé par différentes ères marquées par le découplage des interactions fondamentales.

Au tout début des années 1980, l'observation de courbes de rotation des galaxies amène les chercheurs à envisager des modèles cosmologiques possédant de la matière noire[10]. Ils établissent ainsi, notamment, des modèles de matière noire chaude (hot dark matter, HDM), tiède et froide (cold dark matter, CDM). En 1992, l'observation de fluctuations du CMB par COBE amène à favoriser les modèles CDM plutôt que HDM[11]. Au cours de la décennie, plusieurs modèles impliquant de la matière noire froide sont étudiés, dont SCDM, LCDM et OCDM[12] - [13].

La cosmologie observationnelle a pour principaux objets d'analyse les frontières observationnelles de l'Univers ainsi que la structure et la dynamique de ce dernier. Elle s'étend ainsi de l'infiniment petit, avec l'étude des particules élémentaires, jusqu'à l'infiniment grand avec le fond diffus cosmologique. Elle intègre également le recensement et la répartition de la matière dans l'Univers, la dimension de ce dernier et son expansion.

Fonds diffus cosmologique

Augmentation de la précision de l'observation du Fond diffus cosmologique depuis 1965.

• Limite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin

• observatoire astronomique
• observatoire de neutrinos
• détecteurs de rayons cosmiques.
• Large Synoptic Survey Telescope[17].
• SPICA[18].
• Planck[19] - [20]

• L'équipe Cosmologie Observationnelle de l'Institut de physique nucléaire de Lyon[21]
• Le Centre de Physique des Particules de Marseille[22]

: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) J.-Ch. Hamilton, « What have we learned from observational cosmology? », Studies in History and Philosopy of Modern Physics, vol. 46,‎ 2014, p. 70-85 (lire en ligne)
• (en) Malcolm Longair, « The Frontiers of Observational Cosmology and the Confrontation with Theory », Journal of Physics: Conference Series, vol. 314,‎ 2011, p. 1-10 (lire en ligne)
• (en) Georges Meylan et Carol Maury, « Cosmologie Observationnelle », LASTRO, École Polytechnique de Lausanne, 19 décembre 2011 (dernière mise à jour) (consulté le 5 mars 2015)
• (en) Jeremiah P. Ostriker et Tarun Souradeep, « The current status of observational cosmology », PRAMANA journal of physics, Indian Academy of Sciences, vol. 63, n^o 4,‎ octobre 2004, p. 817-828 (lire en ligne)
• (en) Patrick Peter, « Fundamental physics in observational cosmology », arXiv.org,‎ 22 septembre 2010 (résumé, lire en ligne)
• (en) Allan Sandage, The Hubble Deep Field, M. Livio, S. M. Fall et P. Madau, Space Telescope Science Institute, Cambridge University Press, 1998, 303 p. (présentation en ligne, lire en ligne), « Beginnings of observational cosmology in Hubble's time: Historical overview »
• (en) Allan Sandage, « Observational Cosmology », The Observatory, vol. 88,‎ juin 1968, p. 91-106 (résumé, lire en ligne)
• (en) R. H. Sanders, « Observational Cosmology », arXiv.org, California Institute of Technology,‎ 3 février 2004 (résumé, lire en ligne)
• Marc Séguin et Benoît Villeneuve, Astronomie et astrophysique, Éditions du Renouveau Pédagogique, 2002, 2^e éd., 618 p. (ISBN 978-2-7613-1184-7, présentation en ligne). 
• (en) Sidney van den Bergh, « Hubble and Shapley - Two Early Giants of Observational Cosmology », arXiv.org,‎ 11 octobre 2011, p. 1-4 (résumé, lire en ligne)