Carte de la matière noire réalisée à partir des mesures de lentilles gravitationnelles de 26 millions de galaxies dans le Dark Energy Survey. La carte couvre environ 1/30e du ciel entier et s'étend sur plusieurs milliards d'années-lumière. Les régions rouges ont plus de matière noire que la moyenne, régions bleues moins de matière noire. Crédit :Chihway Chang du Kavli Institute for Cosmological Physics de l'Université de Chicago et de la collaboration DES.
Imaginez planter une seule graine et, avec une grande précision, pouvoir prédire la hauteur exacte de l'arbre qui en découle. Imaginez maintenant voyager dans le futur et prendre une preuve photographique que vous aviez raison.
Si vous pensez à la graine comme à l'univers primitif, et l'arbre comme l'univers à quoi il ressemble maintenant, vous avez une idée de ce que vient de faire la collaboration Dark Energy Survey (DES). Dans une présentation aujourd'hui à la réunion de la Division des particules et des champs de l'American Physical Society au Fermi National Accelerator Laboratory du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), Les scientifiques du DES dévoileront la mesure la plus précise jamais réalisée de la structure actuelle à grande échelle de l'univers.
Ces mesures de la quantité et de l'« agglutination » (ou distribution) de la matière noire dans le cosmos actuel ont été faites avec une précision qui, pour la première fois, rivalise avec celle des inférences de l'univers primitif par l'observatoire en orbite de Planck de l'Agence spatiale européenne. Le nouveau résultat DES (l'arbre, dans la métaphore ci-dessus) est proche des "prévisions" faites à partir des mesures de Planck du passé lointain (la graine), permettant aux scientifiques de mieux comprendre l'évolution de l'univers au cours de 14 milliards d'années.
"Ce résultat est plus qu'excitant, " a déclaré Scott Dodelson du Laboratoire Fermi, l'un des principaux scientifiques sur ce résultat. "Pour la première fois, nous sommes capables de voir la structure actuelle de l'univers avec la même clarté que nous pouvons voir ses balbutiements, et on peut suivre les fils de l'un à l'autre, confirmant de nombreuses prédictions en cours de route."
Notamment, ce résultat soutient la théorie selon laquelle 26% de l'univers se présente sous la forme d'une mystérieuse matière noire et que l'espace est rempli d'une énergie noire également invisible, qui est à l'origine de l'accélération de l'expansion de l'univers et représente 70 pour cent.
Image composite d'étoiles au-dessus de l'observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili. Crédit :Reidar Hahn/Fermilab
Paradoxalement, il est plus facile de mesurer l'amas à grande échelle de l'univers dans un passé lointain que de le mesurer aujourd'hui. Dans les 400 premiers, 000 ans après le Big Bang, l'univers était rempli d'un gaz incandescent, dont la lumière survit à ce jour. La carte de Planck de ce rayonnement de fond de micro-ondes cosmique nous donne un aperçu de l'univers à cette époque très reculée. Depuis, la gravité de la matière noire a rassemblé la masse et rendu l'univers plus aggloméré au fil du temps. Mais l'énergie noire a riposté, pousser la matière à part. En partant de la carte de Planck, les cosmologistes peuvent calculer précisément comment cette bataille se déroule sur 14 milliards d'années.
"Les mesures DES, par rapport à la carte de Planck, soutenir la version la plus simple de la théorie de la matière noire/énergie noire, " a déclaré Joe Zuntz, de l'Université d'Édimbourg, qui a travaillé sur l'analyse. « Le moment où nous avons réalisé que notre mesure correspondait au résultat de Planck à moins de 7 % a été passionnant pour l'ensemble de la collaboration. »
L'instrument principal du DES est la caméra à énergie sombre de 570 mégapixels, l'un des plus puissants qui existent, capable de capturer des images numériques de la lumière des galaxies à huit milliards d'années-lumière de la Terre. La caméra a été construite et testée au Fermilab, le laboratoire principal du Dark Energy Survey, et est monté sur le télescope Blanco de 4 mètres de la National Science Foundation, partie de l'Observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili, une division de l'Observatoire national d'astronomie optique. Les données DES sont traitées au National Center for Supercomputing Applications de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.
Les scientifiques du DES utilisent la caméra pour cartographier un huitième du ciel avec des détails sans précédent sur cinq ans. La cinquième année d'observation débutera en août. Les nouveaux résultats publiés aujourd'hui s'appuient sur des données recueillies uniquement au cours de la première année de l'enquête, qui couvre 1/30ème du ciel.
"C'est incroyable que l'équipe ait réussi à atteindre une telle précision dès la première année de son enquête, " a déclaré Nigel Sharp, directeur du programme de la National Science Foundation. " Maintenant que leurs techniques d'analyse sont développées et testées, nous attendons avec impatience des résultats révolutionnaires au fur et à mesure que l'enquête se poursuit."
Cette image de la galaxie NGC 1398 a été prise avec la caméra à énergie noire. Cette galaxie vit dans l'amas de Fornax, à environ 65 millions d'années-lumière de la Terre. Il est 135, 000 années-lumière de diamètre, juste légèrement plus grand que notre propre galaxie de la Voie Lactée, et contient plus d'un milliard d'étoiles. Crédit :Enquête sur l'énergie noire
Les scientifiques du DES ont utilisé deux méthodes pour mesurer la matière noire. D'abord, ils ont créé des cartes des positions des galaxies comme traceurs, et deuxieme, ils ont mesuré avec précision les formes de 26 millions de galaxies pour cartographier directement les motifs de la matière noire sur des milliards d'années-lumière, en utilisant une technique appelée lentille gravitationnelle.
Pour effectuer ces mesures ultraprécises, l'équipe DES a développé de nouvelles façons de détecter les minuscules distorsions optiques des images de galaxies, un effet même pas visible à l'oeil, permettant des avancées révolutionnaires dans la compréhension de ces signaux cosmiques. Dans le processus, ils ont créé le plus grand guide pour repérer la matière noire dans le cosmos jamais dessiné (voir image). La nouvelle carte de matière noire est 10 fois plus grande que celle de DES publiée en 2015 et sera finalement trois fois plus grande qu'elle ne l'est actuellement.
"C'est un énorme travail d'équipe et l'aboutissement d'années de travail ciblé, " a déclaré Erin Sheldon, un physicien au laboratoire national de Brookhaven du DOE, qui a co-développé la nouvelle méthode de détection des distorsions de lentille.
Ces résultats et d'autres de la première année du Dark Energy Survey seront publiés aujourd'hui en ligne et annoncés lors d'une conférence de Daniel Gruen, Boursier Einstein de la NASA au Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology du DOE's National Accelerator Laboratory SLAC, à 17 heures. Heure centrale. La conférence fait partie de la réunion de la Division des particules et des champs de l'APS au Laboratoire Fermi et sera diffusée en direct.
Les résultats seront également présentés par la boursière Kavli Elisabeth Krause du Kavli Insitute for Particle Astrophysics and Cosmology au SLAC à la TeV Particle Astrophysics Conference à Columbus, Ohio, le 9 août ; et par Michel Troxel, stagiaire postdoctoral au Center for Cosmology and AstroParticle Physics de l'Ohio State University, au Symposium International sur les Interactions Lepton Photon à Hautes Energies à Guanzhou, Chine, le 10 août. Ces trois conférenciers sont les coordonnateurs des groupes de travail scientifiques du DES et ont apporté des contributions clés à l'analyse.
"Le Dark Energy Survey a déjà livré des découvertes et des mesures remarquables, et ils ont à peine effleuré la surface de leurs données, " a déclaré Nigel Lockyer, directeur du laboratoire Fermi. " Les résultats de pointe d'aujourd'hui indiquent les grands progrès que DES fera vers la compréhension de l'énergie noire dans les années à venir. "
