En dehors de l’univers visible humain, environ 95 % de sa composition provient de matière noire invisible et d’énergie noire. Ils n’émettent pas de lumière et ne sont pas directement détectables, mais ils influencent discrètement l’évolution des galaxies et des structures à grande échelle par la gravité et l’expansion cosmique. Récemment, une équipe internationale composée de l'Université de Chicago et d'autres institutions a utilisé la Dark Energy Camera (DECam) pour effectuer une analyse statistique des faibles distorsions de la forme de centaines de millions de galaxies et a dessiné une nouvelle carte de « l'univers invisible » couvrant environ un tiers du ciel entier, apportant des preuves clés pour tester les modèles cosmologiques dominants actuels.

Cette étude est basée sur les observations du Dark Energy Survey (DES) de 2013 à 2019. La caméra à énergie sombre de ce dernier installée sur le télescope Blanco de 4 mètres de l'Observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili a mesuré avec précision les formes de plus de 150 millions de galaxies, couvrant environ 5 000 degrés carrés du ciel, ce qui équivaut à un huitième du ciel entier. Auparavant, ces données ont joué un rôle central dans le test du modèle cosmologique standard de la « matière noire froide » (ΛCDM), et les derniers résultats intègrent en outre dans l'analyse un grand nombre d'images capturées par la caméra mais qui ne se trouvaient pas à l'origine dans la zone d'enquête officielle du DES, doublant presque le nombre de galaxies pouvant être utilisées pour la recherche sur les lentilles gravitationnelles faibles.

Dans une nouvelle série d'analyses, l'équipe de recherche a mesuré les formes de plus de 100 millions de galaxies et estimé leurs distances par rapport à la Terre grâce au déplacement vers le rouge de leur spectre, saisissant ainsi simultanément la distribution de projection et les informations de profondeur tridimensionnelles des galaxies dans le ciel. Lorsque la lumière de ces galaxies voyage à travers l'univers, elle sera légèrement « attirée » par la gravité de la matière en cours de route et apparaîtra comme un cisaillement de forme extrêmement fin dans l'imagerie des télescopes terrestres. Cet effet est appelé « lentille gravitationnelle faible » et constitue un outil clé pour déduire la répartition de la matière dans l'univers et examiner le degré d'amas de matière noire et le rôle de l'énergie noire.

Dans ce travail, appelé projet de cisaillement cosmique « DECADE », les scientifiques ont utilisé ces données de forme et de distance pour ajuster le modèle ΛCDM, en se concentrant sur la question de savoir si le taux de croissance de la structure cosmique au fil du temps est cohérent avec les prédictions du modèle. Les résultats de la recherche montrent que les paramètres de « grumosité » de l'univers obtenus à l'aide de cet ensemble de données indépendant sont cohérents avec les mesures précédentes de lentilles faibles, et sont également en bon accord avec les paramètres de l'univers primitif déduits du rayonnement de fond cosmique des micro-ondes. Aucune preuve d'une « tension évidente entre l'univers tardif et l'univers primitif » qui a fait l'objet de controverses ces dernières années n'a été trouvée.

L'équipe a également combiné les mesures de lentilles faibles de DECADE avec les données originales du DES pour construire un échantillon d'analyse de lentilles de galaxies qui couvre le plus grand nombre de galaxies et la zone de ciel la plus large à ce jour, totalisant environ 270 millions de galaxies, couvrant environ 13 000 degrés carrés de ciel, soit environ un tiers du ciel entier. Grâce à un échantillon aussi vaste, les chercheurs peuvent adopter une stratégie de contrôle de qualité plus conservatrice dans leur analyse, en utilisant uniquement les points de données les plus crédibles avec les erreurs systématiques les plus petites, tout en obtenant des contraintes de haute précision suffisantes pour comparer de front les résultats du fond diffus cosmologique.

Ce travail a été décrit par les chercheurs comme « une enquête non conventionnelle sur les lentilles faibles » car il a utilisé un grand nombre d'images historiques précédemment prises par la communauté astronomique pour d'autres cibles scientifiques et dispersées dans les archives, plutôt qu'un plan d'observation dédié à long terme conçu dès le début pour les lentilles faibles. Dans les solutions traditionnelles, un grand nombre de photos qui ne répondent pas à certaines normes strictes de qualité d’imagerie seront rejetées. Cependant, l'équipe DECADE a adopté des conditions de sélection plus souples en partant du principe de tester strictement les erreurs systématiques, prouvant que même les données qui ne sont pas « nées pour les lentilles » peuvent toujours soutenir une analyse cosmologique robuste à condition qu'elles soient soigneusement étalonnées et évaluées de qualité.

La caméra à énergie sombre elle-même est équipée de 62 détecteurs CCD à ultra-haute sensibilité, capables de photographier l'espace profond de l'univers à une profondeur sans précédent. Il s’agit de l’une des installations principales de la recherche actuelle sur les lentilles faibles et l’énergie noire. Dans ce projet, des scientifiques de l'Université de Chicago, du Fermilab, du National Supercomputing Applications Center de l'Université de l'Illinois, ainsi que du Argonne National Laboratory, de l'Université du Wisconsin-Madison et d'autres institutions ont collaboré pour former une force conjointe dans la récupération de données, l'examen manuel de la qualité des images, les méthodes de mesure de forme et l'analyse statistique cosmologique, transformant ces observations d'archives « redécouvertes » en de nouvelles armes cosmologiques.

Le catalogue de formes de galaxies récemment publié a été ouvert à la communauté scientifique et a rapidement attiré l'attention des communautés de cosmologie et d'astronomie. Il a été utilisé dans de nombreux domaines tels que l'étude des galaxies naines et la cartographie de la distribution de masse de l'univers. Les chercheurs ont déclaré qu'à mesure que des projets à plus grande échelle tels que "Heritage Survey of Time and Space" (Rubin LSST) de l'Observatoire Vera Rubin seraient lancés à l'avenir, cette expérience montre que l'utilisation judicieuse de toutes les images disponibles au lieu de simplement des échantillons "parfaits" devrait améliorer considérablement la précision des mesures des propriétés de la matière noire et de l'énergie noire, fournissant des indices plus clairs pour comprendre cet "univers invisible à 95 %".

Compilé à partir de /ScitechDaily