Appliquant l'informatique de pointe à une multitude de nouvelles données astronomiques, les chercheurs de la Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ont annoncé aujourd'hui la première détection robuste du grossissement cosmique à grande échelle, une prédiction de la théorie générale de la relativité d'Einstein appliquée à la distribution des galaxies , matière noire et quasars éloignés.
Ces résultats, acceptés pour publication dans The Astrophysical Journal, détaillent les distorsions subtiles que subit la lumière lorsqu'elle se déplace depuis des quasars éloignés à travers le réseau de matière noire et de galaxies avant d'atteindre les observateurs ici sur Terre.
La découverte du SDSS met fin à un désaccord vieux de deux décennies entre les mesures de grossissement antérieures et d'autres tests cosmologiques de la relation entre les galaxies, la matière noire et la géométrie globale de l'univers.
"La distorsion des formes des galaxies de fond due au cristallin gravitationnel a été observée pour la première fois il y a plus de dix ans, mais personne n'avait été en mesure de détecter de manière fiable la partie de grossissement du signal de cristallinisation", a expliqué le chercheur principal Ryan Scranton de l'Université de Pittsburgh.
Alors que la lumière fait son voyage de 10 milliards d'années à partir d'un quasar lointain, elle est déviée et focalisée par l'attraction gravitationnelle de la matière noire et des galaxies, un effet connu sous le nom de lentille gravitationnelle. Les chercheurs du SDSS ont définitivement mesuré le léger éclaircissement, ou «grossissement» des quasars et relient l'effet à la densité des galaxies et de la matière noire le long du trajet de la lumière des quasars. L'équipe SDSS a détecté ce grossissement dans la luminosité de 200 000 quasars.
Alors que la lentille gravitationnelle est une prédiction fondamentale de la relativité générale d'Einstein, la découverte de la collaboration SDSS ajoute une nouvelle dimension.
«L'observation de l'effet d'agrandissement est une confirmation importante d'une prédiction de base de la théorie d'Einstein», a expliqué le collaborateur du SDSS, Bob Nichol, à l'Université de Portsmouth (Royaume-Uni). «Cela nous donne également un contrôle de cohérence crucial sur le modèle standard développé pour expliquer l'interaction des galaxies, des amas de galaxies et de la matière noire.»
Les astronomes tentent de mesurer cet aspect de la lentille gravitationnelle depuis deux décennies. Cependant, le signal d'agrandissement est un très petit effet - aussi faible que quelques pour cent d'augmentation de la lumière provenant de chaque quasar. La détection d'un si petit changement nécessitait un très grand échantillon de quasars avec des mesures précises de leur luminosité.
"Alors que de nombreux groupes ont signalé des détections de grossissement cosmique dans le passé, leurs ensembles de données n'étaient pas assez grands ou assez précis pour permettre une mesure définitive, et les résultats étaient difficiles à concilier avec la cosmologie standard", a ajouté Brice Menard, chercheur à la Institut d'études avancées de Princeton, NJ.
La percée est survenue plus tôt cette année en utilisant un échantillon calibré avec précision de 13 millions de galaxies et 200 000 quasars du catalogue SDSS. Les données entièrement numériques disponibles à partir du SDSS ont résolu de nombreux problèmes techniques qui affligeaient les tentatives antérieures de mesurer le grossissement. Cependant, la clé de la nouvelle mesure a été le développement d'une nouvelle façon de trouver des quasars dans les données SDSS.
«Nous avons pris des idées de pointe dans le monde de l'informatique et des statistiques et les avons appliquées à nos données», a expliqué Gordon Richards de l'Université de Princeton.
Richards a expliqué qu'en utilisant de nouvelles techniques statistiques, les scientifiques du SDSS ont pu extraire un échantillon de quasars 10 fois plus grand que les méthodes conventionnelles, permettant l'extraordinaire précision requise pour trouver le signal de grossissement. "Notre détection claire du signal de lentille n'aurait pas pu se faire sans ces techniques", a conclu Richards.
Des observations récentes de la distribution à grande échelle des galaxies, du fond des micro-ondes cosmiques et des supernovae éloignées ont conduit les astronomes à développer un «modèle standard» de la cosmologie. Dans ce modèle, les galaxies visibles ne représentent qu'une petite fraction de toute la masse de l'univers, le reste étant constitué de matière noire.
Mais pour réconcilier les mesures précédentes du signal de grossissement cosmique avec ce modèle, il fallait faire des hypothèses invraisemblables sur la répartition des galaxies par rapport à la matière noire dominante. Cela a conduit certains à conclure que l'image cosmologique de base était incorrecte ou du moins incohérente. Cependant, les résultats plus précis du SDSS indiquent que les ensembles de données précédents n'étaient probablement pas à la hauteur de la mesure.
"Avec les données de qualité du SDSS et notre bien meilleure méthode de sélection des quasars, nous avons mis ce problème de côté", a déclaré Scranton. "Notre mesure est en accord avec le reste de ce que l'univers nous dit et le désaccord persistant est résolu."
"Maintenant que nous avons démontré que nous pouvons faire une mesure fiable du grossissement cosmique, la prochaine étape sera de l'utiliser comme un outil pour étudier l'interaction entre les galaxies, la matière noire et la lumière de manière beaucoup plus détaillée", a déclaré Andrew Connolly. de l'Université de Pittsburgh.
Source d'origine: communiqué de presse SDSS
