Les levés à lentilles faibles tels que HSC préfèrent un Univers légèrement moins agglutiné (à gauche) que celui prédit par Planck (à droite). Les images montrent la différence légère mais notable comme prévu à partir de grandes simulations informatiques. Crédit :Enquête Hyper Suprime-Cam
Aujourd'hui, un groupe international de chercheurs, dont Rachel Mandelbaum de l'Université Carnegie Mellon, a publié la carte à grand champ la plus profonde de la distribution tridimensionnelle de la matière dans l'univers jamais réalisée et a augmenté la précision des contraintes pour l'énergie noire avec l'enquête Hyper Suprime-Cam (HSC).
L'univers actuel est un endroit assez grumeleux. Au fur et à mesure que l'univers s'est étendu au cours des 14 derniers milliards d'années, les galaxies et la matière noire sont de plus en plus rapprochées par la gravité, créant un paysage touffu avec de grands agrégats de matière séparés par des vides où il y a peu ou pas de matière.
La gravité qui rassemble la matière a également un impact sur la façon dont nous observons les objets astronomiques. Alors que la lumière voyage des galaxies lointaines vers la Terre, l'attraction gravitationnelle de l'autre matière sur son passage, y compris la matière noire, courbe la lumière. Par conséquent, les images des galaxies que voient les télescopes sont légèrement déformées, un phénomène appelé lentille de gravitation faible. Au sein de ces distorsions se trouve une grande quantité d'informations que les chercheurs peuvent exploiter pour mieux comprendre la distribution de la matière dans l'univers, et il fournit des indices sur la nature de l'énergie noire.
La carte HSC, créé à partir des données recueillies par le télescope japonais Subaru situé à Hawaï, a permis aux chercheurs de mesurer la distorsion gravitationnelle dans les images d'environ 10 millions de galaxies.
Panneau de gauche :la carte de la matière noire en 3 dimensions de l'univers déduite de l'une des six zones d'observation HSC est affichée en arrière-plan avec différentes nuances de bleu (les zones les plus lumineuses ont plus de matière noire). La carte a été déduite des distorsions des formes des galaxies dans les données HSC qui sont indiquées par des bâtons blancs. Les longueurs de bâton représentent la quantité de distorsion et l'angle du bâton correspond à la direction de la distorsion. Panneau de droite :les mesures sont rendues possibles par la lumière des galaxies lointaines qui voyage à travers l'univers et est déviée par la matière à différentes époques de l'univers, avant d'atteindre le télescope Subaru. Crédit :Projet HSC/UTokyo
Le télescope Subaru leur a permis de voir les galaxies plus loin dans le temps que dans d'autres enquêtes similaires. Par exemple, le Dark Energy Survey analyse une zone beaucoup plus grande du ciel avec un niveau de précision similaire à celui du HSC, mais n'examine que l'univers voisin. HSC prend un chemin plus étroit, mais vue plus profonde, qui a permis aux chercheurs de voir des galaxies plus faibles et de dresser une carte plus précise de la répartition de la matière noire.
L'équipe de recherche a comparé sa carte aux fluctuations prédites par les observations du satellite Planck de l'Agence spatiale européenne sur le rayonnement de fond de micro-ondes cosmique, le rayonnement des premiers jours de l'univers. Les mesures HSC étaient légèrement inférieures à, mais toujours statistiquement cohérent avec celui de Planck. Le fait que HSC et d'autres enquêtes à lentilles faibles trouvent tous des résultats légèrement inférieurs à ceux de Planck soulève la question alléchante de savoir si l'énergie noire se comporte vraiment comme la constante cosmologique d'Einstein.
Les contraintes cosmologiques sur l'agrégation de l'Univers aujourd'hui (S8) prédites à l'aide d'observations à différents moments de l'Univers. La mesure HSC de la motte de l'Univers est indiquée par le symbole rouge et fait partie des mesures les plus éloignées utilisant une lentille gravitationnelle faible. Ceux-ci devraient être comparés aux résultats de Planck obtenus à partir des observations du fond diffus cosmologique dans le tout premier Univers et d'autres expériences contemporaines de lentilles faibles KiDS et DES. Crédit :Projet HSC/UTokyo
"Notre carte nous donne une meilleure idée de la quantité d'énergie noire et nous en dit un peu plus sur ses propriétés et sur la façon dont elle accélère l'expansion de l'univers, " a déclaré Mandelbaum. " Le HSC est un excellent complément aux autres enquêtes. La combinaison des données entre les projets sera un outil puissant alors que nous essayons d'en découvrir de plus en plus sur la nature de la matière noire et de l'énergie noire."
Mesurer les distorsions causées par une faible lentille gravitationnelle n'est pas facile. L'effet est assez faible et les distorsions dans les formes des galaxies peuvent également être causées par l'atmosphère, le télescope et le détecteur. Pour être précis, résultats précis, les chercheurs doivent savoir qu'ils ne mesurent que les effets d'une lentille faible.
Mandelbaum, professeur agrégé de physique et membre du McWilliams Center for Cosmology à Carnegie Mellon, est un expert dans le contrôle de ces distorsions extérieures. Elle et son équipe ont créé une simulation d'image détaillée des données de l'enquête HSC basée sur des images du télescope spatial Hubble. A partir de ces simulations, ils ont pu appliquer des corrections aux formes des galaxies pour supprimer les distorsions de forme causées par des effets autres que la lentille.
Les levés à lentilles faibles comme le HSC préfèrent un Univers un peu moins agglutiné que celui prédit par Planck. Les images montrent la différence légère mais notable comme prévu à partir de grandes simulations informatiques. Cette différence est-elle une fluctuation statistique ? Les astronomes du monde entier continuent de collecter de plus en plus de données pour répondre à cette question. Crédit :UTokyo
Ces résultats proviennent de la première année de données de l'enquête HSC. Dans tout, l'enquête HSC collectera cinq ans de données qui fourniront encore plus d'informations sur le comportement de l'énergie noire et travailleront vers d'autres objectifs tels que l'étude de l'évolution des galaxies et des amas massifs de galaxies à travers le temps cosmique, mesurer des objets variant dans le temps comme les supernovae, et même étudier notre propre galaxie de la Voie lactée.
La recherche sera téléchargée sur le serveur de préimpression arxiv.org et sera soumise à la publication de la Société astronomique du Japon.
