Des scientifiques de l’Université de Chicago ont utilisé la lentille gravitationnelle faible pour cartographier la matière noire et l’énergie noire sur une vaste région du ciel, confirmant le modèle cosmologique standard. En analysant des images d’archives de télescopes, l’équipe a étendu les mesures des formes de galaxies, résolvant les débats sur la croissance des structures cosmiques. Leurs résultats alignent les observations de l’univers proche avec les données de l’univers primitif issues du fond diffus cosmologique.
Dans le modèle standard Lambda-CDM, la matière noire et l’énergie noire représentent environ 95 % de l’univers, influençant la formation des galaxies et l’expansion cosmique sans émettre de lumière. Des astrophysiciens de l’Université de Chicago ont abordé cela en étudiant les distorsions subtiles des formes de galaxies lointaines causées par la lentille gravitationnelle, un phénomène où la masse courbe les trajectoires de la lumière.
Le Dark Energy Survey (DES), mené de 2013 à 2019, a utilisé la Dark Energy Camera sur le télescope Blanco de 4 mètres à l’observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili pour mesurer les formes de plus de 150 millions de galaxies sur 5 000 degrés carrés de ciel. S’appuyant sur cela, le projet Dark Energy Camera All Data Everywhere (DECADE) a intégré des images d’archives supplémentaires, doublant presque le jeu de données pour inclure les formes de plus de 100 millions de galaxies sur des milliers de degrés carrés supplémentaires.
« Les mesures de lentille faible sont les meilleures pour sonder la « grumeleux » de la matière », a expliqué Dhayaa Anbajagane, doctorant en astronomie et astrophysique et analyste principal des articles DECADE. « Quantifier cette grumeleux éclaire l’origine et l’évolution des structures comme les galaxies et les amas de galaxies. »
Les distances à ces galaxies ont été estimées via le redshift, le décalage de la lumière vers des longueurs d’onde plus rouges indiquant la vitesse de récession. En ajustant les données au modèle Lambda-CDM, qui inclut énergie noire, matière noire, matière ordinaire, neutrinos et rayonnement, les résultats correspondent aux prédictions pour la croissance des structures cosmiques. Chihway Chang, professeure associée d’astronomie et d’astrophysique et responsable principale de DECADE, a noté : « C’est un modèle bien testé qui a survécu à de nombreux, très nombreux examens au cours de la dernière décennie, et notre point de données va s’ajouter à cette histoire. »
Essentiellement, les résultats ne montrent aucune tension entre la lentille faible et les observations du fond diffus cosmologique, résolvant un débat de cinq ans. La combinaison des données DECADE et DES a créé un catalogue de 270 millions de galaxies couvrant 13 000 degrés carrés — un tiers du ciel —, publié pour la communauté scientifique cet automne.
Alex Drlica-Wagner, scientifique au Fermilab et professeure associée à UChicago qui a dirigé les observations DECADE, a mis en lumière l’innovation du projet : « Il n’était pas clair que le jeu de données DECADE serait de qualité suffisante pour une analyse cosmologique, mais nous avons montré qu’il peut en effet produire des résultats robustes. »
Cette utilisation non conventionnelle d’images repurposées, prises pour divers objectifs comme l’étude de galaxies naines ou d’étoiles, démontre le potentiel pour les futures enquêtes telles que le Vera C. Rubin Legacy Survey of Space and Time. L’effort a impliqué une collaboration entre UChicago, Fermilab, le National Center for Supercomputing Applications de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, le Argonne National Laboratory, l’Université du Wisconsin-Madison et des partenaires internationaux. Les résultats paraissent dans l’Open Journal of Astrophysics, l’article principal détaillant un nouveau catalogue de formes de lentille faible pour 107 millions de galaxies.