DESI: une quête de 5 ans pour dévoiler les mystères de l'énergie noire

Publié par Adrien le 25/05/2021 à 09:00
Source: CNRS IN2P3
L'instrument d'astronomie DESI a amorcé lundi 17 mai, depuis l'observatoire de Kitt Peak aux Etats-Unis, un grand relevé spectroscopique du ciel de 5 ans. Objectifs, cartographier l'Univers en trois dimensions afin d'étudier les propriétés de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) noire, mais aussi tester la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) aux très grandes échelles. A l'IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de...), deux laboratoires, le CPPM et le LPNHE, participent à cette aventure.

Après des années de développement et de construction et à l'issue d'une longue période de validation menée de janvier 2020 à fin avril 2021, l'instrument DESI pour "Dark Energy Spectroscopic Instrument", a entamé le 17 mai dernier ce qui sera plus grand relevé spectroscopique du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) jamais réalisé. Pendant les cinq années que dureront sa mission, il mesurera quelques 30 millions de spectres de galaxies et de quasars qui serviront à cartographier l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) avec une richesse jamais atteinte. DESI est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine....) de la collaboration internationale éponyme, menée par les chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Ernest Orlando Lawrence National Laboratory,...) (Berkeley Lab) et qui implique quelques 500 scientifiques à travers le monde (Le mot monde peut désigner :), dont une douzaine, d'hommes et de femmes, chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs ou étudiants du CPPM et du LPNHE.

150 000 spectres par nuits

L'instrument DESI est monté au foyer primaire du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) Mayall de l'observatoire national de Kitt Peak de la National Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) Foundation, rénové pour l'occasion. L'instrument comprend une nouvelle optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) qui augmente le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vision du télescope et comprend 5 000 fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) optiques robotisées pour recueillir les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) spectroscopiques à partir de cibles (galaxies et quasars) réparties dans le champ de vision du télescope. Toutes les 20 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...), la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) issue de 5000 galaxies est collectée et transportée par 5000 fibres optiques jusqu'à 10 spectrographes où elle est dispersée puis enregistrée sous forme de spectres sur des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une...) CCD. En une nuit, jusqu'à 150 000 spectres peuvent être ainsi collectés, faisant de DESI une véritable "usine à spectres".


Photo d'une petite section du plan focal de DESI, montrant les positionneurs robotiques uniques en leur genre. Les fibres optiques, qui sont installées dans les positionneurs, sont rétro-éclairées avec une lumière bleue sur cette image. (Crédit: collaboration DESI)

Caractériser l'expansion de l'Univers

Ces spectres (la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...) de la lumière issue des galaxies cibles en fonction de ses longueurs d'onde) fournissent des informations sur les propriétés des cibles, comme leur composition chimique, leur distance relative et la vitesse (On distingue :) avec laquelle elles s'éloignent de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) du fait de l'expansion cosmique. Cette dernière propriété est cruciale car elle permet de mesurer le "décalage vers le rouge (Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les...)" des galaxies et de caractériser l'expansion. En effet, au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure que l'Univers se dilate, les galaxies s'éloignent les unes des autres et leur lumière est décalée vers des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) plus grandes donc plus rouges. Plus la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) est éloignée, plus son décalage vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) est important. En mesurant les décalages vers le rouge des galaxies, les chercheurs de DESI tissent ainsi une nouvelle carte 3D de l'Univers qui permettra de reconstruire l'histoire de l'expansion sur environ 11 milliards d'années et d'apporter de nouvelles informations sur l'influence et la nature de l'énergie noire.

Le début officiel du relevé de 5 ans de DESI fait suite à une période de validation de quatre mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) de son instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) qui a permis d'obtenir les spectres de quatre millions de galaxies. Le mois d'avril 2021 a été dédié à une répétition en miniature ("le relevé à 1 %") du relevé de science, qui a permis de tester les procédures d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) des spectres et d'évaluer les algorithmes de sélection des cibles et de traitement des données.

L'IN2P3 impliqué à plusieurs niveaux

Des scientifiques de l'IN2P3 participent à plusieurs niveaux à ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) exceptionnel. Le CPPM et le LPNHE ont participé à l'intégration et aux tests des spectrographes de DESI, construits en France par la société Winlight. Le LPNHE a également eu en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) la conception, la réalisation et l'installation sur site du système de calibration des spectres, sans lequel l'exploitation scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) des données de DESI serait impossible, et en assurera la maintenance tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) au long du relevé. Les chercheurs et chercheuses de l'IN2P3 sont également impliqués dans la préparation des analyses scientifiques et participent d'ores (ORES, l'Opérateur des Réseaux Gaz & Électricité est le l'opérateur des...) et déjà à plusieurs projets clefs de la première année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) du relevé.

Le télescope Mayall avec le système d'étalonnage de DESI fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) par le LPNHE: les 4 boites de lampes de calibration installées sur l'anneau supérieur, et l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) lambertien fixé au dôme (). (Crédit: collaboration DESI)

Les scientifiques du CPPM sont spécialistes de l'analyse des vides cosmiques et prévoient de poursuivre cette activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) pour contraindre le taux de croissance linéaire des structures en utilisant les distorsions dans l'espace des redshifts (une anisotropie (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction....) dans la distribution des galaxies liée à l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) du décalage vers le rouge) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) des vides. Ces travaux bénéficieront de l'énorme quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de données de DESI, qui fourniront un bras de levier sans précédent sur une vaste plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de...) de décalages vers le rouge. Le LPNHE quant-à-lui se focalise sur les analyses des régions d'absorptions Lyman-alpha des quasars avec DESI afin de mesurer l'empreinte laissée dans la distribution de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) par des ondes acoustiques de baryons au début de l'Univers. Il développe également une nouvelle activité autour de l'étude du "clustering" des galaxies afin de contraindre l'énergie noire et de tester la gravité avec une contribution significative au relevé de galaxies brillantes de DESI.

Consulter le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un...) complet du Berkeley Lab (Le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Ernest Orlando Lawrence National Laboratory,...) (en anglais)

A propos de la collaboration DESI

La collaboration internationale DESI est pilotée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du Department of Energy américain. Elle rassemble, près de 500 chercheurs de 75 institutions dans 13 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...). La conception des spectrographes est le fruit d'une collaboration entre le Berkeley Lab, le CEA, le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) ainsi que l'entreprise française Winlight System, spécialisée dans l'optique de précision.

Site web (Un site Web est un ensemble de pages Web hyperliées entre elles et mises en ligne à une...) de la collaboration
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