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600 scientifiques du monde entier vont créer une carte 3D de l'Univers

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600 scientifiques du monde entier vont créer une carte 3D de l'Univers
La galaxie d'Andromède avec superposition spectroscopique. © DESI collaboration/DSS/LBNL/DOE & KPNO/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/unWISE

Le projet semble titanesque : une équipe internationale de 600 chercheurs ambitionne de créer une cartographie 3D de l'Univers pour tenter "d'élucider le mystère de l'énergie noire", annonce le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) dans un communiqué. La mission a débuté le 17 mai : sous l'égide du Berkeley Lab et pendant les cinq prochaines années, le télescope Desi (Dark energy spectroscopic instrument), basé dans l'Arizona, aux Etats-Unis, va déployer ses "yeux" pour observer 35 millions de galaxies à travers l'Univers. L'instrument permettra ainsi d'aider à la constitution d'une carte en 3D de l'Univers "avec un niveau de détails sans précédent", indique le NOIRLab (le laboratoire de recherche en astronomie optique-infrarouge de la National Science Foundation) sur son site.

"En observant 35 millions de galaxies à différentes époques de l'Univers, Desi étudiera le taux d'expansion de celui-ci", expose Nathalie Palanque-Delabrouille, porte-parole de la collaboration Desi, sur le site du CEA, impliqué dans ce projet au long cours. Il s'agira de mesurer le spectre de ces millions de galaxies pour répondre à deux questions : "qu'est-ce que l'énergie sombre et dans quelle mesure la gravité suit-elle les lois de la relativité générale", énonce le NOIRLab.

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Suivi du pilotage automatique des observations lors de la mission préparatoire. Romain Guittet/CEA

L'instrument comprend 5 000 fibres optiques : celles-ci pointeront simultanément vers 5 000 galaxies différentes pendant 20 minutes, afin de capter leur rayonnement, puis de générer un spectre "en moins de deux minutes", qui sera ensuite transmis aux spectrographes. Les fibres seront ensuite repositionnées pour observer une autre région du ciel. Desi permettra de mesurer dix fois plus de spectres de galaxies que ce qui était possible jusqu'à présent.

L'étude du spectre d'une galaxie peut notamment fournir des indications sur sa composition chimique ou encore sa vitesse relative. "Plus la galaxie est éloignée, plus son décalage vers le rouge est important", explique le NOIRLab. C'est en calculant ce décalage vers le rouge que les chercheurs peuvent déterminer la distance de la galaxie par rapport à la Terre — et donc "d'étudier l'expansion de l'Univers", complète le CEA.

Une mission préparée bien en amont

Le lancement de cette mission a suivi une étape de préparation de quatre mois, la validation du relevé ("survey validation"), "incontournable de chaque mission astronomique", explique le CEA. Christophe Yèche, qui a mené cette étape, explique sur le site du CEA qu'il a fallu sélectionner les 35 millions de galaxies qui seront observées par Desi et qu'il a fallu "s'assurer que les objectifs scientifiques pourront être atteints". Il a également fallu réaliser une carte 2D de l'Univers, afin de pouvoir choisir ensuite les 35 millions de galaxies évaluées comme "pertinentes" pour l'étude.

Superposition du plan focal du télescope sur une partie de la carte 2D de l’Univers pour programmer ce que regardera Desi. Romain Guittet/CEA

Une mission de pré-observation qui n'a pas été de tout repos, si l'on en croit Etienne Burtin, physicien au CEA-Irfu : "Nous nous sommes relayés toutes les six heures pour piloter Desi et nous avions une conférence quotidienne à minuit", a-t-il expliqué. Les chercheurs se sont relayés aussi bien sur le site de Kitt Peak, en Arizona, qu'à distance, afin de réceptionner les spectres de 300 000 galaxies, mais aussi pour s'assurer que les performances techniques "étaient au niveau attendu".

Les cinq prochaines années, les 600 scientifiques impliqués dans le projet continueront de se relayer "pour s'assurer que Desi observera les 35 millions de galaxies choisies" précise le CEA. "La répartition de ces galaxies sur la future carte 3D de l'Univers "devrait permettre de mieux comprendre l'influence et la nature de l'énergie sombre", conclut le NOIRLab.

La représentation en 3D de l'Univers n'est pas une première : des astrophysiciens avaient déjà publié en juillet 2020 une cartographie de ce type, dans le cadre du programme Sloan Digital Sky Survey, lancé vingt ans plus tôt. Les scientifiques avaient ainsi mesuré "plus de quatre millions de galaxies et de quasars".

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