Une équipe internationale de chercheurs dirigée par Rachel Mandelbaum de l'Université Carnegie Mellon a été en mesure de créer la carte la plus détaillée et la plus complète de la distribution tridimensionnelle de la matière dans l'univers et, en utilisant les données Hyper Suprime-Cam (HSC), a considérablement augmenté la portée des connaissances humaines sur l'énergie noire. L'étude a été envoyée pour publication par la Société astronomique du Japon.
L'univers moderne est une collection de différents endroits. Alors que l'univers s'est étendu au cours des 14 derniers milliards d'années, les galaxies et la matière noire sont constamment combinées par gravité, créant un paysage encore plus fragmenté avec des amas de matière plus denses et d'énormes vides.
La force de gravité qui rassemble la matière affecte également la façon dont nous pouvons observer les objets astronomiques. Lorsque la lumière se déplace de galaxies éloignées vers la Terre, l'attraction gravitationnelle d'autres matières sur son chemin, y compris la matière noire, plie la lumière. En conséquence, les images de galaxies que nous montrent les télescopes sont légèrement déformées – un phénomène appelé lentille gravitationnelle faible. Au sein de ces distorsions, il y a une grande quantité d'informations, une réserve de connaissances pour les scientifiques qui cherchent à mieux comprendre la distribution de la matière dans l'Univers et à trouver une définition de la nature de l'énergie noire.
La carte HSC, basée sur les données du télescope japonais Subaru à Hawaï, a permis aux chercheurs de mesurer la distorsion gravitationnelle dans des images d'environ 10 millions de galaxies.
Le télescope Subaru a permis aux scientifiques de revoir les galaxies dans le temps beaucoup mieux que dans les observations précédentes. Par exemple, l'Observation Mission Dark Energy Survey a permis d'analyser une zone beaucoup plus grande du ciel avec un niveau de précision similaire à celui du HSC, mais il ne couvrait que l'univers proche. Bien que le HSC ait une portée plus étroite, sa vue est plus détaillée, permettant aux chercheurs de voir des galaxies plus pâles et de faire une carte plus claire de la distribution de la matière noire.
L'équipe de recherche a comparé leur carte aux fluctuations fournies par les observations satellitaires de l'agence spatiale Planck depuis les premiers jours de l'univers. Les mesures HSC étaient légèrement pires, mais toujours statistiquement cohérentes avec les observations de Planck. Le fait que HSC et d'autres études de lentilles laxistes trouvent des résultats inférieurs à Planck soulève la question alléchante de savoir si l'énergie sombre se comporte vraiment comme la constante cosmologique d'Einstein dans la communauté scientifique.
«Notre carte nous donne une meilleure idée de la quantité d'énergie noire qui existe et nous en dit un peu plus sur ses propriétés et comment elle accélère l'expansion de l'univers», a déclaré Mandelbaum. «HSC est un excellent ajout à d'autres observations. La combinaison des données de projet sera un outil puissant et nous permettra d'en découvrir beaucoup plus sur la nature de la matière noire et de l'énergie noire.
Mesurer la distorsion causée par une lentille gravitationnelle faible n'est pas une tâche facile. L'effet est assez faible et les distorsions sous forme galactique peuvent également être causées par l'atmosphère, le télescope et le détecteur. Pour obtenir des 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 externes. Elle et son équipe ont créé des simulations détaillées des données du levé HSC à partir d'images du télescope spatial Hubble. Avec ces modèles, ils ont pu appliquer des corrections de forme à la galaxie pour supprimer les distorsions de forme causées par des effets autres que la lentille.
Le résultat présenté est le résultat d'un travail depuis le début de la mission. Si l'étude HSC recueille des données sur cinq ans, elle fournira encore plus d'informations sur le comportement de l'énergie noire, ainsi que de nouvelles données sur l'évolution des galaxies et des amas massifs de galaxies dans l'espace extra-atmosphérique, permettra l'étude d'objets tels que les supernovae, d'étudier plus en détail notre propre galaxie, la Milky Façon.
