Le disque de la galaxie d'Andromède (M31), qui s'étend sur plus de 3 degrés, est visé par un seul pointé de DESI, représenté par la grande superposition circulaire vert 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, les 5000 spectres qui ont été collectés simultanément par DESI comprennent non seulement des étoiles de la galaxie 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 distant (QSO) âgé de 11 milliards d'années. (Crédit: collaboration DESI et DESI Legacy Imaging Surveys)
DESI est une collaboration scientifique internationale gérée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et financée principalement par l'Office of Science 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 répulsive associée à l' "énergie noire" qui est responsable de l'accélération 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 où nous plaçons ces galaxies sur une ligne qui remonte jusqu'à 11 milliards d'années.”
Un voyage en 3D fourni 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 long et fin de l'univers représenté ici tient dans la paume de votre main tenue à bout de bras et montre 30 000 galaxies mesurées par DESI en 5 heures. 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.
© LBL
"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 de 4 mois 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 Mayall de 4 mètres de l'Observatoire National de Kitt Peak. L'instrument comprend une nouvelle optique qui augmente le champ de vue 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, lorsque le télescope est déplacé vers un nouveau champ, les fibres optiques s'alignent pour recueillir la lumière des galaxies réfléchie par le miroir du télescope. De là, la lumière est envoyée dans un réseau 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 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.”
Les spectres recueillis par DESI donnent la décomposition, suivant les couleurs de l’arc-en-ciel, de la lumière émise par les objets. Leurs caractéristiques, notamment la longueur d'onde, révèlent des informations telles que la composition chimique des objets observés, ainsi que des informations sur leur distance et leur vitesse relative.
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" est important. En mesurant les décalages vers le rouge 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 lors du programme de "Survey Validation" visant à vérifier que le relevé Desi pourra atteindre ses objectifs scientifiques. droits: Romain Guittet / CEA
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 utiles, repoussent les frontières de l'informatique et sondent les mystères de la vie, de la matière et de l'Univers. Des scientifiques du monde 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 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 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 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 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.
Source: CEA IRFU