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Une gigantesque cartographie du ciel et un jeu considérable de données pour mieux comprendre la matière noire


Au sein de la collaboration internationale UNIONS, des scientifiques de l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers du CEA ont produit un des plus grands jeux de données sur la matière noire, provenant de l’observation de 100 millions de galaxies déformées par des lentilles gravitationnelles. Des données très précieuses pour de nombreuses missions scientifiques. 

Publié le 28 juin 2022

​Qu’est-ce que la collaboration UNIONS ?

UNIONS (Ultraviolet Near Infrared Optical Northern Survey) est un grand relevé d’imagerie du ciel de l'hémisphère nord, en lumière visible et proche infra-rouge, codirigé par un chercheur de l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) du CEA et dont l’objectif est d’accumuler le maximum de données sur la matière noire.

L’élaboration de ce catalogue d’imagerie a débuté en 2017 et s’appuie sur trois télescopes installés à Hawaï :

  • Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) sur lequel est installé la caméra à très grand champ (1 degré carré) MegaCam, construite par le CEA. Avec ses 375 000 pixels, la caméra à très grand champ (1 degré carré) MegaCam est particulièrement bien adaptée au domaine des lentilles gravitationnelles « faibles ». Elle a longtemps été la plus grande caméra astronomique optique du monde et n’est aujourd’hui surpassée que par quatre caméras, dont trois sont également mobilisées sur cette thématique par la collaboration internationale UNIONS ;
  • Pan-STARRS de l'Université d’Hawaï ;
  • Subaru de l'Observatoire astronomique national du Japon ;

Pour atteindre la sensibilité requise en cosmologie, UNIONS a produit deux versions de catalogue, obtenues par des méthodes de gestion des erreurs différentes et indépendantes.

Le Canada-France-Hawaii Telescope

Le télescope Canada-France-Hawaii Telescope © Canada-France- Hawaii Telescope

Traquer la matière noire

La matière noire (invisible) serait au moins cinq fois plus abondante que la matière ordinaire et représenterait environ 27 % de la densité d’énergie totale de l’Univers observable. Elle ne se manifeste que par ses effets gravitationnels, et en particulier par la déviation des rayons lumineux provenant de galaxies lointaines, aussi appelée effet de lentille gravitationnelle. Cette matière mystérieuse est organisée en grands filaments reliés en une toile cosmique occupant le volume entier de l’Univers.

Un traitement spectaculaire des données pour analyser une surface de 3500 degrés carrés du ciel

L’Irfu a publié l'un de ces catalogues, après plus de quatre ans de travail. Pour traiter les données du CFHT, il a développé un logiciel de traitement de données (ShapePipe) modulaire, adapté au calcul haute performance et disponible à tous. Grâce à lui, une surface totale de ciel de 3 500 degrés carrés a pu être analysée à partir de 500 téraoctets de données, en plus d'un million d'heures de calcul. Les données finales, relatives à 100 millions de galaxies, représentent un volume de 18 gigaoctets.

Les missions et projets scientifiques s’appuyant sur les données d’UNIONS

Les données permises notamment par la caméra MegaCam sont nécessaires à la mission de l’Agence spatiale européenne (ESA) intitulée Euclid, dont les cartographies de matière noire révèleront des propriétés de l’énergie noire.

Des chercheurs de l’Irfu ont conduit de plus deux projets scientifiques utilisant les données de lentilles gravitationnelles d'UNIONS.

  • Le premier présente des cartes de matière noire issues du catalogue ShapePipe et des profils de masse des amas de galaxies détectés par la mission Planck de l’ESA. Ces résultats démontrent la très haute qualité des données d’UNIONS, à égalité ou même supérieure à celle d'autres grands relevés tels que Kilo Degree Survey (KiDS) ou Dark Energy Survey (DES), alors que la couverture du ciel par UNIONS reste encore partielle, l’objectif final étant 5.000 degrés carrés. 
  • Le second utilise le nombre de « pics » de lentilles gravitationnelles comme méthode de mesure des paramètres cosmologiques. En introduisant une nouvelle méthode pour explorer les variations spatiales de la calibration de l'effet de lentille, ils ont évalué tout une variété d'incertitudes qui peuvent impacter la déduction cosmologique.

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