Abell 370 est un amas de galaxies à environ 4 milliards d'années-lumière de la Terre dans lequel les astronomes observent le phénomène de lentille gravitationnelle, la déformation de l'espace-temps par le champ gravitationnel de l'amas qui déforme la lumière des galaxies situées loin derrière lui. Cela se manifeste par des arcs et des stries sur l'image, qui sont les images étirées des galaxies d'arrière-plan. Crédit :NASA/Space Telescope Science Institute
La lumière des galaxies lointaines révèle des informations importantes sur la nature de l'univers et permet aux scientifiques de développer des modèles de haute précision de l'histoire, évolution et structure du cosmos.
La gravité associée aux poches massives de matière noire qui se trouvent entre la Terre et ces galaxies, cependant, fait des ravages avec ces signaux lumineux galactiques. La gravité déforme la lumière des galaxies - un processus appelé lentille gravitationnelle - et aligne également légèrement les galaxies physiquement, résultant en des signaux lumineux de lentille gravitationnelle supplémentaires qui contaminent les données réelles.
Dans une étude publiée pour la première fois le 5 août dans The Lettres de revues astrophysiques , Des scientifiques de l'Université du Texas à Dallas ont démontré la première utilisation d'une méthode appelée auto-étalonnage pour éliminer la contamination des signaux de lentille gravitationnelle. Les résultats devraient conduire à des modèles cosmologiques plus précis de l'univers, dit le Dr Mustapha Ishak-Boushaki, professeur de physique à la Faculté des sciences naturelles et mathématiques et auteur correspondant de l'étude.
« La méthode d'auto-étalonnage est quelque chose que d'autres ont proposé il y a environ 10 ans ; beaucoup pensaient que c'était juste une méthode théorique et s'en sont éloignés, " dit Ishak-Boushaki. " Mais j'ai intuitivement ressenti la promesse. Après huit années d'investigation persistante pour mûrir la méthode elle-même, puis les deux dernières années en l'appliquant aux données, elle a porté ses fruits avec des conséquences importantes pour les études cosmologiques."
Un objectif sur l'univers
La lentille gravitationnelle est l'une des méthodes les plus prometteuses en cosmologie pour fournir des informations sur les paramètres qui sous-tendent le modèle actuel de l'univers.
"Cela peut nous aider à cartographier la distribution de la matière noire et à découvrir des informations sur la structure de l'univers. Mais la mesure de ces paramètres cosmologiques peut être décalée de jusqu'à 30% si nous n'extrayons pas la contamination dans le signal de lentille gravitationnelle, " a déclaré Ishak-Boushaki.
En raison de la façon dont les galaxies lointaines se forment et de l'environnement dans lequel elles se forment, ils sont légèrement alignés physiquement avec la matière noire proche d'eux. Cet alignement intrinsèque génère des signaux de lentilles parasites supplémentaires, ou un biais, qui contaminent les données des galaxies et faussent ainsi la mesure de paramètres cosmologiques clés, y compris ceux qui décrivent la quantité de matière noire et d'énergie noire dans l'univers et à quelle vitesse les galaxies s'éloignent les unes des autres.
Pour compliquer encore les choses, il existe deux types d'alignement intrinsèque qui nécessitent des méthodes d'atténuation différentes. Dans leur étude, l'équipe de recherche a utilisé la méthode d'auto-étalonnage pour extraire les signaux parasites d'un type d'alignement appelé cisaillement gravitationnel de forme intrinsèque, qui est l'élément le plus critique.
"Notre travail augmente considérablement les chances de succès pour mesurer les propriétés de l'énergie noire de manière précise, qui nous permettra de comprendre ce qui cause l'accélération cosmique, " a déclaré Ishak-Boushaki. " Un autre impact sera de déterminer avec précision si la théorie de la relativité générale d'Einstein tient à très grande échelle dans l'univers. Ce sont des questions très importantes."
Impact sur la cosmologie
Plusieurs grandes enquêtes scientifiques visant à mieux comprendre l'univers sont en cours, et ils recueilleront des données de lentille gravitationnelle. Il s'agit notamment du Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l'Observatoire Vera C. Rubin, la mission Euclid de l'Agence spatiale européenne et le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA.
"Le grand gagnant ici sera ces prochaines enquêtes sur les lentilles gravitationnelles. Nous pourrons vraiment en tirer tout le potentiel pour comprendre notre univers, " dit Ishak-Boushaki, qui est membre et organisateur de la Dark Energy Science Collaboration du LSST.
La méthode d'auto-étalonnage pour éliminer les signaux contaminés a été proposée pour la première fois par le Dr Pengjie Zhang, professeur d'astronomie à l'Université Jiao Tong de Shanghai et co-auteur de la présente étude.
Ishak-Boushaki a développé la méthode et l'a introduite dans le domaine des observations cosmologiques, avec un de ses anciens élèves, Michael Troxel MS'11, Ph.D.'14, maintenant professeur adjoint de physique à l'Université Duke. Depuis 2012, la recherche a été soutenue par deux subventions à Ishak-Boushaki de la National Science Foundation (NSF).
"Tout le monde n'était pas sûr que l'auto-calibrage conduirait à un résultat aussi important. Certains collègues étaient encourageants, certains étaient sceptiques, " a déclaré Ishak-Boushaki. " J'ai appris qu'il vaut mieux ne pas abandonner. Mon intuition était que si c'était bien fait, ça marcherait, et je suis reconnaissant à la NSF d'avoir vu la promesse de ce travail."
