Comprendre le comportement de l'énergie sombre et de la matière noire

Publié par Redbran le 17/02/2020 à 14:00
Source: CNRS INSU
Optimiser Euclid: une corrélation croisée entre les observables

Pour mesurer les paramètres cosmologiques, le télescope spatial Euclid utilisera deux sondes principales: les lentilles gravitationnelles (Weak Gravitational Lensing) et la distribution des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite...) (Galaxy Clustering). Ces mesures permettront notamment de comprendre le comportement de l'énergie sombre (En cosmologie, l'énergie sombre est une forme d'énergie hypothétique remplissant tout l'Univers et exerçant une pression négative se comportant comme une force gravitationnelle répulsive. L'énergie sombre pourrait expliquer...) et de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais dark matter, désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte...) qui affectent la croissance des structures cosmiques et ainsi, l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur vectorielle qui...) de l'expansion de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).


crédit: Consortium Euclid

Outre ses implications sur les développements instrumentaux et le traitement des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...), l'Irfu participe activement aux développements d'algorithmes nécessaires à la préparation de l'extraction des paramètres cosmologiques qui seront issus des mesures d'Euclid.

Coordonnée par Valeria Pettorino, physicienne au laboratoire CosmoStat de l'Irfu, en collaboration avec Tom Kitching (UCL) et Ariel Sanchez (MPE), une équipe internationale de la collaboration Euclid ayant des expertises complémentaires en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou...) et observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le...) vient d'achever un travail de 3 ans caractérisant les performances attendues d'Euclid pour ces sondes d'observation.

Des sondes complémentaires mais pas indépendantes

Euclid sera capable d'appliquer les deux méthodes à très grandes échelles:
- d'une part celle utilisant la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm...) déviée lors de son passage à proximité de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) noire (lensing) ;
- d'autre part, celle employant la lumière des galaxies en fonction du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et de l'espace permettant la mesure de l'évolution des grandes structures.

L'aspect novateur de cet article est en particulier de valider les algorithmes pour les deux observables, en tenant compte des effets de leur corrélation croisée (Croisée peut désigner :) (cross-correlation) qui sont habituellement négligés. Les scientifiques ont montré que la corrélation des effets des deux sondes est particulièrement importante pour tester différents modèles de cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) et que la précision des résultats est améliorée d'un facteur trois en incluant ces corrélations. Au DAp, Santiago Casas a travaillé sur les deux sondes et Martin Kilbinger sur la partie de corrélation croisée (cross-corrélation).

Des outils optimisés pour l'extraction des paramètres

Cet article, publié sur le site arxiv, fournit à la communauté des codes numériques et des méthodes fiables pour les prévisions cosmologiques d'Euclid. Les auteurs ont également mis un guide à disposition pour savoir comment valider son propre algorithme, avec des références utiles pour la communauté en cosmologie et d'autres expériences.





Dans ces figures, les contours montrent la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance...) que les données simulées pour une mission comme Euclid correspondent à ces valeurs pour différents paramètres cosmologiques. Ces paramètres sont liés à l'expansion de l'Univers et à l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) noire (w0, wa), à la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) de matière noire et ordinaire (Ωm,o ) actuelles. Chaque contour correspond à des sondes différentes: violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de magenta (environ 100%) et de cyan (environ 50%) en...) pour le galaxy clustering, bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité...) pour le lensing, orange pour la combinaison (Une combinaison peut être :) des deux et jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) en incluant les cross-correlations. On voit nettement que la prise en compte de la corrélation des effets de lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.) et de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas à la même...) des galaxies améliore la précision du paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) extrait (la précision s'améliore jusqu'à un facteur 3 en allant du violet vers le jaune).

Contacts DAp:
- Valeria Pettorino (page cosmostat);
- Santiago Casas (page cosmostat);
- Martin Kilbinger (page cosmostat).

Publication sur Arxiv: https://arxiv.org/pdf/1910.09273.pdf
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