DESI a produit à ce jour la plus grande carte 3D de notre univers. La Terre est au centre de cette fine tranche de la carte complète. Dans la section agrandie, il est facile de voir la structure sous-jacente de la matière dans notre univers. Crédit : Claire Lamman/collaboration DESI ; paquet de palette de couleurs personnalisé par cmastro
L’instrument spectroscopique d’énergie noire (DESI), monté sur un télescope en Arizona, a créé la plus grande carte 3D du cosmos, cartographiant plus de 30 millions de galaxies et 3 millions de quasars. Cette tâche monumentale, fruit de la collaboration de plus de 900 chercheurs, nous aide à comprendre l’expansion de l’univers et le rôle de l’énergie noire.
Nous disposons désormais de la plus grande carte 3D de notre cosmos jamais créée, grâce à un instrument puissant monté au sommet d’un télescope en Arizona et doté d’un réseau robotique de 5 000 « yeux » à fibre optique scrutant le ciel nocturne. Au cours des cinq dernières années, l’instrument spectroscopique de l’énergie sombre, connu dans les cercles scientifiques sous le nom de DESI, a mesuré les spectres de plus de 30 millions de galaxies et de 3 millions de quasars pour déterminer la vitesse à laquelle l’univers s’est développé sur 11 milliards d’années.
L’annonce de DESI est le résultat d’une collaboration internationale en cours incluant plus de 900 chercheurs de plus de 70 institutions, dont des astronomes de l’UC Santa Cruz qui jouent un rôle de premier plan dans le projet.
Et pourtant, aussi importante que soit cette nouvelle, ils disent que ce n’est que le début.
L’instrument spectroscopique de l’énergie noire (DESI) est monté sur le télescope de 4 mètres Nicholas U. Mayall de la National Science Foundation des États-Unis, à l’observatoire national de Kitt Peak. Crédit : KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld
Découvertes pionnières et visions d’avenir
“Si les tendances discutées ici dans cet ensemble de données de première année sont confirmées dans notre analyse de troisième année, ce sera une découverte majeure”, a déclaré la cosmologiste Alexie Leauthaud, professeure agrégée au département d’astronomie et d’astrophysique de l’UC Santa Cruz. « Cela va être une période extrêmement excitante pour faire partie de la collaboration DESI. »
À partir de juillet, Léauthaud servira de porte-parole de l’effort – qui implique des fonctions d’organisatrice principale – elle est donc parfaitement placée pour fournir des mises à jour. Parmi les autres professeurs collaborateurs de l’UC Santa Cruz figurent Connie Rockosi et J. Xavier Prochaska, également en astronomie et astrophysique.
Rockosi a dirigé la mise en service de l’instrument au télescope Mayall de 4 mètres de l’Observatoire national de Kitt Peak, et son rôle actuel est celui de scientifique de l’instrument, aidant à le maintenir en parfait état de fonctionnement. De plus, les professeurs attribuent « une équipe phénoménale » d’étudiants de premier cycle, d’étudiants diplômés et de postdoctorants de l’UC Santa Cruz qui ont été profondément impliqués dans le projet – visitant régulièrement le télescope en Arizona pour faciliter les observations.
Percer les mystères de l’énergie noire
Comme expliqué dans une annonce du Lawrence Berkeley National Laboratory, où est basé le DESI : « Comprendre comment notre univers a évolué est lié à la façon dont il se termine et à l’un des plus grands mystères de la physique : l’énergie noire, l’ingrédient inconnu qui provoque la formation de notre univers. croître de plus en plus vite.
C’est la première fois que des scientifiques mesurent l’histoire de l’expansion du jeune univers avec une précision supérieure à 1 %, ce qui nous donne la meilleure vision de l’évolution de l’univers à ce jour. Les chercheurs ont partagé l’analyse de leur première année de données collectées dans plusieurs articles qui seront publiés aujourd’hui sur arXiv et lors de discussions lors de la réunion de l’American Physical Society aux États-Unis et des réunions Moriond en Italie.
Dans cette vidéo à 360 degrés, effectuez un vol interactif à travers des millions de galaxies cartographiées à l’aide des données de coordonnées DESI. Crédit : Fiske Planetarium, collaboration CU Boulder et DESI
Sven Heydenreich, chercheur postdoctoral à l’UC Santa Cruz, porte plusieurs casquettes au DESI : il fait partie d’une commission destinée aux scientifiques en début de carrière, effectue des mesures de galaxie à galaxie avec l’instrument et codirige un groupe de travail qui prévoit différents scénarios. pour une éventuelle poursuite de la mission DESI.
“L’objectif est de mesurer comment les galaxies DESI courbent et déforment la lumière des galaxies plus éloignées derrière elles, un effet connu sous le nom de lentille gravitationnelle”, a déclaré Heydenreich, qui a passé une semaine sur place à Kitt Peak fin 2023. Les mesures seront essentielles pour analyser comment les galaxies sont influencées par la répartition de la matière noire autour d’elles. De plus, les résultats contribueront à améliorer notre compréhension des paramètres qui décrivent notre modèle actuel de la composition et de l’évolution de l’univers.
Une machine à voyager dans le temps de 11 tonnes
Les composants de DESI sont conçus pour pointer automatiquement vers des ensembles présélectionnés de galaxies, recueillir leur lumière, puis diviser cette lumière en bandes étroites de couleur pour cartographier avec précision leur distance par rapport à la Terre et évaluer l’expansion de l’univers à mesure que cette lumière se propage vers la Terre. Dans des conditions idéales, DESI peut scanner un nouvel ensemble de 5 000 galaxies toutes les 20 minutes.
En cartographiant à plusieurs reprises la distance jusqu’à des millions de galaxies et de quasars sur un tiers de la surface du ciel au cours des cinq dernières années, DESI nous en apprend davantage sur l’énergie noire et l’histoire de l’univers. Notre compréhension actuelle est que la gravité a ralenti le taux d’expansion dans l’univers primitif, mais que l’énergie noire a depuis accéléré son expansion.
La précision globale du DESI sur l’histoire de l’expansion sur l’ensemble des 11 milliards d’années est de 0,5 %, et l’époque la plus lointaine, s’étendant sur 8 à 11 milliards d’années dans le passé, a une précision record de 0,82 %. Cette mesure de notre jeune univers est incroyablement difficile à faire. Pourtant, en un an, DESI est devenu deux fois plus puissant pour mesurer l’histoire de l’expansion à ces débuts que son prédécesseur (BOSS/eBOSS du Sloan Digital Sky Survey), qui a pris plus d’une décennie.
En regardant la carte DESI, il est facile de voir la structure sous-jacente de l’univers : des bandes de galaxies regroupées, séparées par des vides contenant moins d’objets. Notre tout premier univers, bien au-delà de la vision de DESI, était tout à fait différent : une soupe chaude et dense de particules subatomiques se déplaçant trop rapidement pour former une matière stable comme les atomes que nous connaissons aujourd’hui. Parmi ces particules se trouvaient des noyaux d’hydrogène et d’hélium, collectivement appelés baryons.
De minuscules fluctuations dans ce début ionisé plasma a provoqué des ondes de pression, déplaçant les baryons selon un motif d’ondulation similaire à ce que vous verriez si vous jetiez une poignée de gravier dans un étang. À mesure que l’univers s’étendait et se refroidissait, des atomes neutres se formaient et les ondes de pression s’arrêtaient, figeant les ondulations tridimensionnelles et augmentant le regroupement des futures galaxies dans des zones denses. Des milliards d’années plus tard, nous pouvons encore voir ce faible motif d’ondulations 3D, ou bulles, dans la séparation caractéristique des galaxies, une caractéristique appelée oscillations acoustiques baryoniennes (BAO).
Cette animation montre comment les oscillations acoustiques des baryons agissent comme une règle cosmique pour mesurer l’expansion de l’univers. Crédit : Claire Lamman/collaboration DESI et Jenny Nuss/Berkeley Lab
Les chercheurs utilisent les mesures BAO comme règle cosmique. En mesurant la taille apparente de ces bulles, ils peuvent déterminer les distances jusqu’au matériau responsable de ce motif extrêmement faible dans le ciel. Cartographier les bulles BAO de près et de loin permet aux chercheurs de découper les données en morceaux, de mesurer la rapidité avec laquelle l’univers s’est développé à chaque instant de son passé et de modéliser la manière dont l’énergie noire affecte cette expansion.
“Nous avons mesuré l’histoire de l’expansion sur cette vaste période cosmique avec une précision qui surpasse toutes les précédentes enquêtes BAO combinées”, a déclaré Hee-Jong Seo, professeur à l’Université de l’Ohio et co-responsable de l’analyse BAO du DESI. « Nous sommes très enthousiastes quant à la manière dont ces nouvelles mesures amélioreront et modifieront notre compréhension du cosmos. Les humains ont une fascination intemporelle pour notre univers, voulant savoir à la fois de quoi il est fait et ce qui lui arrivera.
Pour en savoir plus sur ces découvertes, voir L’énergie noire révélée à travers la plus grande carte 3D de l’univers jamais réalisée.
DESI est soutenu par le Bureau des sciences du DOE et le Centre national de calcul scientifique pour la recherche énergétique, un établissement utilisateur du Bureau des sciences du DOE. Un soutien supplémentaire au DESI est fourni par la National Science Foundation des États-Unis ; le Conseil britannique des installations scientifiques et technologiques ; la Fondation Gordon et Betty Moore ; la Fondation Heising-Simons ; le Commissariat aux énergies alternatives et à l’énergie atomique (CEA) ; le Conseil national des sciences humaines, des sciences et des technologies du Mexique ; le ministère de la Science et de l’Innovation de l’Espagne ; et par les institutions membres du DESI.
Le DESI Collaborative est honoré d’être autorisé à mener des recherches scientifiques sur Iolkam Du’ag (Kitt Peak), une montagne d’importance particulière pour la nation Tohono O’odham.
