Le relevé sur l'énergie sombre publie six années de résultats : les données de 669 millions de galaxies aident à contraindre l'expansion accélérée de l'univers

Le 4 août, le projet de relevé sur l'énergie sombre (DES) a publié les résultats de six années de détection de l'énergie sombre. Ce projet a regroupé 18 articles scientifiques connexes, basés sur près de 300 000 images astronomiques acquises entre 2013 et 2019, enregistrant des informations sur 669 millions de galaxies, des milliers d'amas de galaxies et plus de 3 000 supernovae, afin d'étudier l'expansion accélérée de l'univers et l'évolution de sa structure.

Pour réaliser le DES, le laboratoire Fermi a fabriqué une caméra numérique extrêmement sensible de 570 millions de pixels, la DECam, installée sur le télescope Blanco de 4 mètres de l'Observatoire interaméricain du Cerro Tololo de la National Science Foundation, situé dans la cordillère des Andes au Chili. (Image fournie par Reidar Hahn/Laboratoire de l'accélérateur Fermi.)

L'énergie sombre est considérée comme représentant environ 70 % de la composition de l'univers ; c'est la force invisible qui entraîne l'expansion accélérée de l'univers. Comme elle ne peut pas être imagée directement, les scientifiques la détectent principalement à travers ses effets sur l'histoire de l'expansion de l'univers et la croissance des structures à grande échelle. Les résultats du DES montrent que l'énergie sombre se comporte comme une force stable et constante, ce que les physiciens appellent la “constante cosmologique” ; l'histoire de l'expansion de l'univers est conforme au modèle cosmologique standard, qui postule que l'univers est composé d'environ 70 % d'énergie sombre, 25 % de matière sombre et 5 % de matière ordinaire.

Le DES a réalisé ses observations à l'aide de la caméra à énergie sombre (DECam) de 570 millions de pixels installée sur le télescope Blanco de 4 mètres de l'Observatoire interaméricain du Cerro Tololo au Chili. La DECam a été fabriquée sous la direction du laboratoire Fermi, et le laboratoire national d'Argonne a participé à environ 20 % des travaux de génie mécanique et de conception de la caméra, notamment le système de contrôle de la caméra, le système de contrôle de l'obturateur et le système de refroidissement destiné à stabiliser les dispositifs à transfert de charge (CCD).

En matière de soutien scientifique, le laboratoire national d'Argonne a utilisé sa source avancée de photons (APS), une source de rayons X synchrotron, pour caractériser en détail les capteurs d'imagerie CCD de la DECam et tester leur uniformité. Les capteurs CCD sont essentiels pour obtenir des images stables et nettes des galaxies lointaines et faibles, ce qui est directement lié à la précision des mesures de lentille gravitationnelle faible.

La lentille gravitationnelle faible est l'une des principales méthodes d'observation du DES. Cette méthode consiste à mesurer les déformations infimes de la lumière des galaxies lointaines lorsqu'elle traverse le réseau de matière de l'univers, afin de déduire la distribution de la matière invisible. Le laboratoire national d'Argonne a également dirigé l'analyse de la lentille gravitationnelle faible du DES et a participé au développement de la méthode “méta-détection”, qui simule les variations du signal de cisaillement de la lentille gravitationnelle faible à partir des données réelles du relevé, réduisant ainsi les biais instrumentaux et améliorant la précision des mesures.

Le projet collaboratif DES rassemble plus de 400 astrophysiciens issus de 35 institutions dans 7 pays. Le projet intègre quatre méthodes d'observation : les oscillations acoustiques des baryons, les supernovae de type Ia, les amas de galaxies et la lentille gravitationnelle faible ; c'est le premier relevé à utiliser simultanément ces quatre méthodes de détection dans un programme coordonné.

Les résultats connexes fourniront également une base méthodologique pour la prochaine génération de recherches sur l'énergie sombre. Le “Legacy Survey of Space and Time” (LSST), soutenu par la National Science Foundation et le Département de l'énergie des États-Unis et mené à l'Observatoire Vera·Rubin au Chili, a commencé ses opérations complètes en juin et prévoit de prendre des millions d'images du ciel de l'hémisphère sud sur dix ans. Les scientifiques du laboratoire national d'Argonne continueront à participer au développement des outils d'analyse des données et des modèles théoriques du LSST pour faire progresser les recherches sur l'énergie sombre et la matière sombre.