En 1998, les astrophysiciens ont découvert que l’univers s’étendait à un rythme accéléré, attribué à une mystérieuse entité appelée énergie noire qui représente environ 70 % de notre univers. Bien qu’annoncée par des mesures antérieures, cette découverte a été quelque peu une surprise à l'époque, les astrophysiciens s'accordaient sur le fait que l'expansion de l'univers devrait ralentir à result in de la gravité.
Cette découverte révolutionnaire, réalisée par les astrophysiciens grâce à l'observation de types spécifiques d'étoiles explosives, appelées supernovae de style Ia (lire « form un-A »), a été récompensée par le prix Nobel de physique en 2011.
Aujourd'hui, 25 ans après la découverte initiale, les scientifiques travaillant sur le Dark Energy Survey ont publié les résultats d'une analyse sans précédent utilisant la même technique pour approfondir les mystères de l'énergie noire et de l'enlargement de l'univers. Ils ont imposé les contraintes les plus fortes sur l’expansion de l’univers jamais obtenues avec l’enquête DES sur les supernovas.
Dans une présentation à la 243ème réunion de l'American Astronomical Culture le 8 janvier et dans un short article soumis à l'Astrophysical Journal en janvier intitulé « The Darkish Power Survey : Cosmology benefits with ~1500 new substantial-redshift form Ia supernovae utilizing the complete Ensemble de données sur 5 ans », les astrophysiciens du DES rapportent des résultats qui sont cohérents avec le modèle cosmologique désormais standard d'un univers à growth accélérée. Cependant, les résultats ne sont pas suffisamment définitifs pour exclure un modèle éventuellement moreover complexe.
Adopter une approche one of a kind de l’analyse
Il a été monté sur le télescope Víctor M. Blanco de l'observatoire interaméricain Cerro Tololo de la Countrywide Science Foundation, un programme du NOIRLab de la NSF en 2012. Les scientifiques du DES ont collecté des données pendant 758 nuits sur six ans.
Pour comprendre la mother nature de l'énergie noire et mesurer le taux d'growth de l'univers, les scientifiques du DES effectuent des analyses avec quatre techniques différentes, dont la procedure des supernovas utilisée en 1998.
Cette technique nécessite des données sur les supernovae de style Ia, qui se produisent lorsqu’une étoile morte extrêmement dense, connue sous le nom de naine blanche, atteint une masse critique et explose. Étant donné que la masse critique est presque la même pour toutes les naines blanches, toutes les supernovae de sort Ia ont à peu près la même luminosité réelle et toutes les variations restantes peuvent être calibrées. Ainsi, lorsque les astrophysiciens comparent les luminosités apparentes de deux supernovae de form Ia vues de la Terre, ils peuvent déterminer leurs distances kinfolk par rapport à nous.
Les astrophysiciens retracent l’histoire de l’expansion cosmique avec de grands échantillons de supernovae couvrant une large gamme de distances. Pour chaque supernova, ils combinent sa length avec une mesure de son redshift, c'est-à-dire la rapidité avec laquelle elle s'éloigne de la Terre en raison de l'enlargement de l'univers. Ils peuvent utiliser cet historique pour déterminer si la densité de l’énergie noire est restée constante ou a changé au fil du temps.
« À mesure que l'univers s'étend, la densité de matière diminue », a déclaré Wealthy Kron, directeur et porte-parole du DES, scientifique du laboratoire Fermi et de l'université de Chicago. « Mais si la densité de l'énergie noire est constante, cela signifie que la proportion totale d'énergie noire doit augmenter à mesure que le quantity augmente. »
L’aboutissement d’une décennie d’efforts
Le modèle cosmologique common est ΛCDM, ou Lambda Chilly Dark Matter, ou Lambda Cold Dark Issue, un modèle basé sur la densité d'énergie noire constante au cours du temps cosmique. Il nous raconte remark l'univers évolue, en utilisant seulement quelques caractéristiques, telles que la densité de la matière, le variety de matière et le comportement de l'énergie noire. La méthode des supernovaes contraint très bien deux de ces caractéristiques : la densité de matière et une quantité appelée w, qui indique si la densité d'énergie noire est constante ou non.
Selon le modèle cosmologique normal, la densité de l’énergie noire dans l’univers est constante, ce qui signifie qu’elle ne se dilue pas à mesure que l’univers s’étend. Si cela est vrai, le paramètre représenté par la lettre w devrait être égal à -1.
Lorsque la collaboration DES a dévoilé en interne ses résultats en matière de supernova, ce fut le level culminant d'une décennie d'attempts et une période émouvante pour de nombreux astrophysiciens impliqués. « Je tremblais », a déclaré Tamara Davis, professeur à l'Université du Queensland en Australie et co-organisatrice du groupe de travail sur les supernovas du DES. « C'était définitivement un moment excitant. »
Les résultats ont trouvé w = -,80 +/-, 18 en utilisant uniquement les supernovae. Combiné avec les données complémentaires du télescope Planck de l'Agence spatiale européenne, w atteint -1 dans les barres d'erreur. « w n'est pas exactement sur -1, mais suffisamment proche pour être cohérent avec -1 », a déclaré Davis. « Un modèle as well as complexe pourrait être nécessaire. L'énergie noire peut en effet varier avec le temps. »
Pour parvenir à une summary définitive, les scientifiques auront besoin de as well as de données. Mais DES ne sera pas en mesure de fournir cela l'enquête a cessé de recueillir des données en janvier 2019. L'équipe supernova, dirigée par de nombreux doctorants. étudiants et postdoctorants, auront bientôt extrait tout ce qu'ils pouvaient des observations du DES.
« Moreover de 30 personnes ont été impliquées dans cette analyse, et c'est l'aboutissement de près de 10 ans de travail », a déclaré Maria Vincenzi, chercheuse à l'Université Duke qui a codirigé l'analyse cosmologique de l'échantillon de supernova DES. « Certains d'entre nous ont commencé à travailler sur ce projet alors que nous étions à peine au début de notre doctorat, et nous commençons maintenant à occuper des postes de professeur. Ainsi, la collaboration DES a contribué à la croissance et au développement professionnel de toute une génération de cosmologistes. «
Pionnier d’une nouvelle approche
Cette analyse finale de supernova DES a apporté de nombreuses améliorations par rapport au premier résultat de supernova du DES publié en 2018, qui utilisait seulement 207 supernovae et trois années de données.
Pour l’analyse de 2018, les scientifiques du DES ont combiné des données sur le spectre de chaque supernova pour déterminer leurs redshifts et les classer comme sort Ia ou non. Ils ont ensuite utilisé des illustrations or photos prises avec différents filtres pour identifier le flux au sommet de la courbe de lumière – une méthode appelée photométrie. Mais les spectres sont difficiles à acquérir, nécessitant beaucoup de temps d'observation sur les plus grands télescopes, ce qui ne sera pas pratique pour les futures études sur l'énergie sombre comme le Legacy Survey of Room and Time, LSST, qui sera mené à l'observatoire Vera C. Rubin, exploité conjointement par le NOIRLab de la NSF et le Laboratoire national des accélérateurs SLAC du DOE.
La nouvelle étude ouvre la voie à une nouvelle approche consistant à utiliser la photométrie – avec quatre filtres sans précédent – pour trouver les supernovae, les classer et mesurer leurs courbes de lumière. La spectroscopie de suivi de la galaxie hôte avec le télescope anglo-australien a fourni des redshifts précis pour chaque supernova. L'utilisation de filtres supplémentaires a également permis d'obtenir des données plus précises que les enquêtes précédentes et constitue une avancée majeure par rapport aux échantillons de supernovae lauréats du prix Nobel, qui n'utilisaient qu'un ou deux filtres.
Les chercheurs du DES ont utilisé des methods avancées d’apprentissage automatique pour faciliter la classification des supernovas. Parmi les données provenant d'environ deux hundreds of thousands de galaxies observées à length, DES a découvert plusieurs milliers de supernovae. Les scientifiques ont finalement utilisé 1 499 supernovae de sort Ia avec des données de haute qualité, ce qui en fait l’échantillon de supernova le as well as grand et le moreover profond jamais collecté par un seul télescope. En 1998, les astronomes lauréats du prix Nobel ont utilisé seulement 52 supernovae pour déterminer que l’univers se dilatait à un rythme accéléré. « Il s'agit d'une extension vraiment huge par rapport à il y a 25 ans », a déclaré Davis.
La nouvelle approche photométrique présente des inconvénients mineurs par rapport à la spectroscopie : étant donné que les supernovae n'ont pas de spectre, il existe une additionally grande incertitude dans la classification. Cependant, la taille d’échantillon beaucoup as well as grande permise par l’approche photométrique compense largement cela.
Les procedures innovantes mises au level par DES façonneront et piloteront davantage les futures analyses astrophysiques. Des projets comme le LSST de Rubin et le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA reprendront là où le DES s'est arrêté. « Nous sommes pionniers dans ces tactics qui seront directement bénéfiques pour la prochaine génération d'enquêtes sur les supernovas », a déclaré Kron.
« Ce nouveau résultat de supernova est passionnant car or truck cela signifie que nous pouvons vraiment lui faire un nœud et le distribuer à la communauté en disant: 'C'est notre meilleure tentative pour expliquer le fonctionnement de l'univers' », a déclaré Dillon Brout, assistant. professeur à l'Université de Boston qui a codirigé l'analyse cosmologique de l'échantillon DES Supernova avec Vincenzi. « Ces contraintes seront désormais la référence en cosmologie des supernovas pendant un selected temps. »
Même avec des expériences furthermore avancées sur l’énergie noire, les scientifiques du DES ont souligné l’importance de disposer de modèles théoriques pour expliquer l’énergie noire en as well as de leurs observations expérimentales. « Tout cela est vraiment un territoire inconnu », a déclaré Kron. « Nous n'avons pas de théorie qui put l'énergie noire dans un cadre lié à d'autres physiques que nous comprenons. Pour le second, chez DES, nous travaillons à limiter le fonctionnement pratique de l'énergie noire dans l'espoir que, as well as tard, certaines théories peuvent être réfutées. »
Les scientifiques du DES continuent d'utiliser les résultats des supernovas dans davantage d'analyses en les intégrant aux résultats obtenus avec les autres methods DES. « La combinaison des informations sur la supernova DES avec ces autres sondes éclairera encore mieux notre modèle cosmologique », a déclaré Davis.
« Même si nous mesurons l'énergie noire avec une précision infinie, cela ne signifie pas que nous savons de quoi il s'agit », a-t-elle déclaré. « L'énergie noire reste encore à découvrir. »
