Energie noire: le grand relevé spectroscopique de Desi

Publié par Redbran le 20/05/2021 à 13:00
Source: CEA IRFU
Après une première campagne de tests et mesures particulièrement fructueuse, l'instrument spectroscopique pour l'énergie noire (DESI, Dark Energy Spectroscopic Instrument) vient de démarrer avec succès son programme d'observation de 5 ans. La collaboration internationale, sous l'égide du Berkeley Lab (Le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Ernest Orlando Lawrence National Laboratory,...), a l'ambitieux projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) de réaliser le plus grand relevé de galaxies et quasars pour dresser la carte en 3D de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) la plus précise et élucider le mystère de l'”énergie noire".


Le disque de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) d'Andromède (M31), qui s'étend sur plus de 3 degrés, est visé par un seul pointé de DESI, représenté par la grande superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut...) circulaire vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) pâle. Les cercles plus petits à l'intérieur de cette superposition représentent les régions accessibles à chacun des 5000 positionneurs à fibres robotisés DESI. Dans cet échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...), les 5000 spectres qui ont été collectés simultanément par DESI comprennent non seulement des étoiles de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) d'Andromède, mais aussi des galaxies lointaines et des quasars. L'exemple de spectre DESI qui se superpose à cette image est celui d'un quasar (Une « source de rayonnement quasi-stellaire » (quasar), (quasi-stellar radio...) distant (QSO) âgé de 11 milliards d'années. (Crédit: collaboration DESI et DESI Legacy Imaging Surveys)

Un grand relevé de cinq ans pour cartographier l'Univers et percer les mystères de l'"énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) noire" a débuté officiellement le 15 mai 2021 à l'Observatoire National de Kitt Peak, près de Tucson, en Arizona. Pour mener à bien sa mission, l'instrument spectroscopique pour l'énergie noire (DESI) capturera et étudiera la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) de dizaines de millions de galaxies et d'autres objets lointains dans l'Univers.

DESI est une collaboration scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) internationale gérée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Le Laboratoire national Lawrence Berkeley (Ernest Orlando Lawrence National Laboratory,...) (Berkeley Lab) et financée principalement par l'Office of Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) du ministère américain de l'énergie (DOE).

En recueillant la lumière de quelque 30 millions de galaxies, les scientifiques du projet DESI pourront construire une carte en 3D de l'Univers avec des détails sans précédent. Les données les aideront à mieux comprendre la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) répulsive associée à l' "énergie noire" qui est responsable de l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) tardive de l'expansion de l'Univers.

Qu'est-ce qui distingue DESI des précédents grands relevés de galaxies ? Le directeur du projet, Michael Levi, du Berkeley Lab, répond: "nous allons mesurer dix fois plus de spectres de galaxies que ce qui a été obtenu jusqu'à présent. Ces spectres nous donnent une troisième coordonnée, en plus de la position sur la sphère céleste que nous connaissons déjà. L'instrument devient ainsi une machine à remonter le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) où nous plaçons ces galaxies sur une ligne qui remonte jusqu'à 11 milliards d'années.

Un voyage en 3D fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι...) par DESI, suivant le chemin de la lumière 11 milliards d'années en arrière à travers les galaxies brillantes proches (jaune), les galaxies rouges lumineuses (rouge), les galaxies à raies d'émission (vert) et les quasars (bleu) qui rétro-éclairent le milieu intergalactique ténu (lignes blanches). Le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) long et fin de l'univers représenté ici tient dans la paume (La paume de la main désigne l'intérieur de la main, c'est-à-dire la partie qui n'est...) de votre main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) tenue à bout de bras et montre 30 000 galaxies mesurées par DESI en 5 heures (L'heure est une unité de mesure  :). DESI étudiera près de mille fois plus de volume au cours des cinq prochaines années. (crédit: David Kirkby/collaboration DESI)


Dome du telescope Mayall de 4m au Kitt Peak National Observatory, Tucson, Arizona qui est l'hôte du programme Desi qui vient de débuter ses observations. (Credit: Marilyn Sargent/Berkeley Lab)


Equipé de 5000 petits robots disposant chacun d'une fibre optique, Desi est en mesure de pointer automatiquement vers une liste précise de galaxies et de quasars préalablement sélectionnés pour en détecter la lumière et ainsi mesurer leur distance à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).
© LBL

"DESI est parmi les plus ambitieux d'une nouvelle génération d'instruments destinés à mieux comprendre le cosmos, en particulier sa composante d'énergie noire", explique Nathalie Palanque-Delabrouille, cosmologiste au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié...) (CEA) et co-porte parole (La parole, c'est du langage incarné. Autrement dit c'est l'acte d'un sujet. Si le langage renvoie...) de la collaboration DESI. Selon elle, le programme scientifique - y compris son propre intérêt pour les quasars - permettra aux chercheurs de progresser sur deux questions essentielles: qu'est-ce que l'énergie noire et dans quelle mesure la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) suit les lois de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) qui constituent la base de notre compréhension du cosmos.

"Le chemin a été long depuis les premières étapes que nous avons franchies il y a près de dix ans pour concevoir ce programme, puis pour décider des objets astrophysiques à observer, et enfin avoir à notre disposition les instruments pour atteindre ces objectifs scientifiques", déclare Nathalie Palanque-Delabrouille. "C'est très excitant de voir où nous en sommes aujourd'hui”.

Le lancement officiel du grand relevé DESI pour une durée de 5 ans fait suite à une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés...) de 4 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) de tests de l'instrument et de mesures particulièrement fructueuses. Plus de 4 millions de spectres de galaxies ont ainsi déja été mesurés.

L'instrument DESI est installé sur le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) Mayall de 4 mètres de l'Observatoire National de Kitt Peak. 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 vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) du télescope et comporte 5 000 fibres optiques contrôlées par des robots pour recueillir la lumière de 5000 objets simultanément à chaque nouveau pointé du téléscope.

En fait, le télescope pointe littéralement vers 5 000 galaxies différentes, simultanément. Au cours d'une nuit donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), lorsque le télescope est déplacé vers un nouveau champ, les fibres optiques s'alignent pour recueillir la lumière des galaxies réfléchie par le miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) du télescope. De là, la lumière est envoyée dans un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de spectrographes et de caméras CCD pour être traitée et étudiée.

"C'est vraiment une usine que nous avons - une usine à mesurer des spectres de galaxies", explique le responsable pour DESI du programme de validation du relevé, Christophe Yeche, également cosmologiste au CEA. "Nous pouvons collecter 5 000 spectres toutes les 20 minutes. Au cours d'une bonne nuit, nous recueillons les spectres de quelque 150 000 objets. Avec cette campagne de tests qui s'est achevée, nous avons franchi la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) cruciale de validation des algorithmes de sélection des objets que DESI observera. C'est une étape déterminante pour le succès de notre ambitieux programme de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...).”

Les spectres recueillis par DESI donnent la décomposition (En biologie, la décomposition est le processus par lequel des corps organisés, qu'ils...), suivant les couleurs de l'arc-en-ciel (Un arc-en-ciel est un phénomène optique et météorologique qui rend visible le...), de la lumière émise par les objets. Leurs caractéristiques, notamment la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...), révèlent des informations telles que la composition chimique des objets observés, ainsi que des informations sur leur distance et leur vitesse relative (L'expression vitesse relative est communément utilisée, pour exprimer la différence...).

Avec l'expansion de l'Univers, les galaxies s'éloignent les unes des autres et leur lumière est décalée vers des longueurs d'onde plus longues donc plus rouges. Plus la galaxie est éloignée, plus son "décalage vers le rouge (Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les...)" est important. En mesurant les décalages vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) des galaxies, les chercheurs de DESI créeront une carte en 3D de l'Univers. La répartition détaillée des galaxies sur cette carte permettra de mieux comprendre l'influence et la nature de l'énergie noire.


Discussion autour des champs à observer pour une nuit d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) lors du programme de "Survey Validation" visant à vérifier que le relevé Desi pourra atteindre ses objectifs scientifiques. droits: Romain Guittet / CEA

"L'énergie noire est l'un des principaux moteurs scientifiques de DESI", explique Kyle Dawson, co-porte parole du projet et professeur de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) et d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de l'Utah. "L'objectif n'est pas tant de déterminer la quantité d'énergie noire présente dans l'Univers - nous savons qu'environ 70 % de l'énergie présente dans l'Univers aujourd'hui est de l'énergie noire - que d'étudier ses propriétés", ajoute-t-il.

L'Univers est en expansion à un rythme déterminé par la variation, au cours du temps, de la répartition de l'énergie de l'Univers entre ses différentes composantes, explique K. Dawson. Comme l'instrument DESI observe l'espace et le temps, dit-il, "nous pouvons littéralement prendre des instantanés d'aujourd'hui, d'hier, d'il y a 1 milliard d'années, de 2 milliards d'années, aussi loin que possible dans le temps. Nous pouvons ensuite déterminer le contenu énergétique de ces instantanés et voir comment il évolue."

Contacts: Nathalie Palanque-Delabrouille, C. Yèche.

En savoir sur la "survey validation " avec la rubrique making off des Défis du CEA.

Fondé en 1931 sur la conviction que les plus grands défis scientifiques sont mieux relevés par des équipes, le Lawrence Berkeley National Laboratory et ses scientifiques ont été récompensés par 14 prix Nobel. Aujourd'hui, les chercheurs du Berkeley Lab développent des solutions énergétiques et environnementales durables, créent de nouveaux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) utiles, repoussent les frontières de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...) et sondent les mystères de la vie (La vie est le nom donné :), de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et de l'Univers. Des scientifiques du monde (Le mot monde peut désigner :) entier s'appuient sur les installations du Berkeley Lab pour leurs propres découvertes scientifiques. Le Berkeley Lab est un laboratoire national multiprogramme, géré par l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont...) pour le compte de l'Office of Science du ministère américain de l'énergie. L'Office of Science du DOE est le plus important soutien à la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité...) en sciences physiques aux États-Unis et s'efforce de relever certains des défis les plus pressants de notre époque. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site energy.gov/science.

DESI est soutenu par l'Office of Science du ministère américain de l'énergie des États-Unis ; la National Science Foundation des États-Unis, Division of Astronomical Sciences sous contrat avec le National Optical Astronomy Observatory ; le Science and Technologies Facilities Council du Royaume-Uni ; la Gordon and Betty Moore Foundation ; la Heising-Simons Foundation ; le CEA, le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) et ses partenaires universitaires en France ; le Conseil national des sciences et technologies du Mexique ; le ministère espagnol de l'économie et ses institutions membres. Les scientifiques de Desi sont honorés d'être autorisés à mener des recherches astronomiques sur Iolkam Du'ag (Kitt Peak), une montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la...) qui revêt une importance particulière pour la nation Tohono O'odham. Consultez la liste complète des institutions collaboratrices de DESI, et apprenez-en davantage sur DESI ici: Desi.lbl.gov.
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.258 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique