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 Des Marseillais à la recherche de l'énergie noire

Publié le 12 octobre 2009

12 Octobre 2009



La tentative la plus ambitieuse à ce jour pour retracer l’histoire de l’univers vient de recueillir sa « première lumière ». Le sondage BOSS (pour Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), qui fait partie du relevé Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) a obtenu ses premières données dans la nuit du 14 au 15 septembre après des années de préparation. Un groupe français , composé de dix chercheurs, de postdocs et d’étudiants est associé à ce programme scientifique international, un sondage sans précédent

Le sondage BOSS est réalisé à partir du télescope de 2,5 mètres de diamètre de la fondation Sloan, situé à l’observatoire Apache Point dans le Nouveau Mexique, qui a servi au premier sondage Sloan. De nouveaux spectrographes ont été installés, tout spécialement conçus pour les besoins du relevé. Ils ont été optimisés aux deux extrémités du spectre, dans l’infrarouge et le bleu lointain. La nuit du 14 au 15 septembre a permis aux scientifiques de mesurer les spectres d’un millier de galaxies et quasars, marquant ainsi le début de la collecte des spectres de 1,4 million de galaxies et 160 000 quasars d’ici à 2014.

Les données issues de BOSS seront d’une qualité sans précédent aux échelles des grandes structures de l’univers. Les spectrographes de BOSS travailleront avec plus de deux mille grandes plaques de métal placées dans le plan focal du télescope ; ces plaques sont percées de trous alignés sur la position précise de presque deux millions d’objets à travers le ciel de l’hémisphère nord. Des fibres optiques sont raccordées à ces milliers de trous minuscules sur chacune de ces plaques conduisant ainsi la lumière de chaque galaxie ou quasar observé vers les nouveaux spectrographes de BOSS.

Le groupe français est spécialisé dans l’étude du milieu intergalactique. Il a entrepris de sélectionner les quasars qui vont être observés et de tester les caractéristiques du sondage à l’aide de simulations numériques. Le but ultime est de mesurer l’étalon de distance des oscillations de baryons dans le milieu intergalactique situé entre nous et ces quasars, grâce à l’empreinte que la matière laisse dans le spectre de ces quasars d’arrière-plan, appelée la forêt Lyman-alpha.

« Avec le sondage BOSS, une nouvelle ère de recherche sur l’énergie noire commence » déclare Jean-Paul Kneib, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille et membre du groupe de chercheurs français impliqués dans ce programme de recherche. « La compréhension de l’énergie noire fait aujourd’hui partie des grands défis de l’astronomie du XXIe siècle. Nous cherchons à comprendre le rôle qu’a pu avoir cette mystérieuse énergie sur l’évolution de l’Univers et sur l’accélération de son expansion. Les données du sondage BOSS devraient nous fournir de précieuses informations ».

BOSS recherche avant tout les « oscillations de baryons » qui ont débuté lorsque des ondes de pression se sont propagées dans l’univers primordial. Telles des ondes sonores se mouvant dans l’air, ces ondes ont déplacé la matière alors qu’elles se propageaient dans la soupe initiale qui emplissait l’univers primordial. Ces ondes sont restées figées dans l’univers lorsque celui-ci n’était âgé que de seulement quelques centaines de milliers d’années, laissant ainsi une empreinte dans la matière d’une longueur caractéristique de 500 millions d’années lumière. Les chercheurs pensent que la mesure de ces ondes fossiles est déterminante pour découvrir la nature de l’énergie noire. En mesurant la longueur des oscillations des baryons, nous pouvons déterminer comment l’énergie noire a affecté l’histoire de l’évolution de l’univers.

La publication des premières données publiques issues de SDSS-III est prévue pour décembre 2010. Ces données seront mises à la disposition de la communauté astronomique française grâce au centre de calcul de l’IN2P3 et de l’Irfu (CC-IN2P3).

La tentative la plus ambitieuse à ce jour pour retracer l’histoire de l’univers vient de recueillir sa « première lumière ». Le sondage BOSS (pour Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), qui fait partie du relevé Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) a obtenu ses premières données dans la nuit du 14 au 15 septembre après des années de préparation. Un groupe français , composé de dix chercheurs, de postdocs et d’étudiants est associé à ce programme scientifique international, un sondage sans précédent

Le sondage BOSS est réalisé à partir du télescope de 2,5 mètres de diamètre de la fondation Sloan, situé à l’observatoire Apache Point dans le Nouveau Mexique, qui a servi au premier sondage Sloan. De nouveaux spectrographes ont été installés, tout spécialement conçus pour les besoins du relevé. Ils ont été optimisés aux deux extrémités du spectre, dans l’infrarouge et le bleu lointain. La nuit du 14 au 15 septembre a permis aux scientifiques de mesurer les spectres d’un millier de galaxies et quasars, marquant ainsi le début de la collecte des spectres de 1,4 million de galaxies et 160 000 quasars d’ici à 2014.

Les données issues de BOSS seront d’une qualité sans précédent aux échelles des grandes structures de l’univers. Les spectrographes de BOSS travailleront avec plus de deux mille grandes plaques de métal placées dans le plan focal du télescope ; ces plaques sont percées de trous alignés sur la position précise de presque deux millions d’objets à travers le ciel de l’hémisphère nord. Des fibres optiques sont raccordées à ces milliers de trous minuscules sur chacune de ces plaques conduisant ainsi la lumière de chaque galaxie ou quasar observé vers les nouveaux spectrographes de BOSS.

Le groupe français est spécialisé dans l’étude du milieu intergalactique. Il a entrepris de sélectionner les quasars qui vont être observés et de tester les caractéristiques du sondage à l’aide de simulations numériques. Le but ultime est de mesurer l’étalon de distance des oscillations de baryons dans le milieu intergalactique situé entre nous et ces quasars, grâce à l’empreinte que la matière laisse dans le spectre de ces quasars d’arrière-plan, appelée la forêt Lyman-alpha.

« Avec le sondage BOSS, une nouvelle ère de recherche sur l’énergie noire commence » déclare Jean-Paul Kneib, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille et membre du groupe de chercheurs français impliqués dans ce programme de recherche. « La compréhension de l’énergie noire fait aujourd’hui partie des grands défis de l’astronomie du XXIe siècle. Nous cherchons à comprendre le rôle qu’a pu avoir cette mystérieuse énergie sur l’évolution de l’Univers et sur l’accélération de son expansion. Les données du sondage BOSS devraient nous fournir de précieuses informations ».

BOSS recherche avant tout les « oscillations de baryons » qui ont débuté lorsque des ondes de pression se sont propagées dans l’univers primordial. Telles des ondes sonores se mouvant dans l’air, ces ondes ont déplacé la matière alors qu’elles se propageaient dans la soupe initiale qui emplissait l’univers primordial. Ces ondes sont restées figées dans l’univers lorsque celui-ci n’était âgé que de seulement quelques centaines de milliers d’années, laissant ainsi une empreinte dans la matière d’une longueur caractéristique de 500 millions d’années lumière. Les chercheurs pensent que la mesure de ces ondes fossiles est déterminante pour découvrir la nature de l’énergie noire. En mesurant la longueur des oscillations des baryons, nous pouvons déterminer comment l’énergie noire a affecté l’histoire de l’évolution de l’univers.

La publication des premières données publiques issues de SDSS-III est prévue pour décembre 2010. Ces données seront mises à la disposition de la communauté astronomique française grâce au centre de calcul de l’IN2P3 et de l’Irfu (CC-IN2P3).

Images

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Une des cartouches de BOSS
Crédit de la photo : D. Long

Une des cartouches de BOSS contenant mille fibres optiques, qui guident la lumière des galaxies et quasars à mesurer vers les spectrographes. Ces cartouches sont positionnées dans la base du télescope et sont changées plusieurs fois durant la nuit. En arrière-plan, le télescope Sloan. Crédit de la photo : D. Long

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Un des premiers spectres de quasar pris par BOSS
Crédit de la figure : D. Hogg, V. Bhardwaj et N. Ross

Un des premiers spectres de quasar pris par BOSS.

Ce quasar est probablement une galaxie lointaine ayant en son centre un trou noir super-massif. Sur la partie haute de la figure, le quasar bleu est indiqué par un cercle sur l’image du ciel prise par SDSS. La partie basse de la figure montre son spectre mesuré par BOSS. Ce spectre va permettre aux astronomes de mesurer son décalage spectral vers le rouge (« redshift »), ou de façon équivalente, la distance à l’objet. BOSS a pour objectif de récolter des millions de spectres similaires et d’utiliser les mesures de distance qu’ils fourniront afin de cartographier la géométrie de l’univers. Crédit de la figure : D. Hogg, V. Bhardwaj et N. Ross

Plus d’informations
A PROPOS DE SDSS-III ET BOSS
BOSS est le plus grand des quatre sondages du projet SDSS-III et implique 350 scientifiques issus de 42 institutions. La conception et l’exécution de BOSS ont été coordonnées par le laboratoire Lawrence de Berkeley (dépendant du Département américain de l’Énergie). Les systèmes optiques ont été conçus et fabriqués à l’Université Johns Hopkins, les nouvelles caméras CCD ont été conçues et fabriquées à l’Université de Princeton et à l’Université de Californie à Santa Cruz/Observatoire de Lick. L’Université de Washington a quant à elle produit de nouveaux systèmes de fibres optiques tandis que l’Université de l’État de l’Ohio a conçu et réalisé une mise à jour du système d’acquisition des données. Les CCD de 16 millions de pixels des caméras opérant dans le rouge sont issus de recherches menées au laboratoire de Berkeley et ont été fabriqués par le Laboratoire des Systèmes Microscopiques de Berkeley (MSL).

Les fonds pour SDSS-III ont été donnés par la fondation Alfred P. Sloan, les institutions membres, la National Science Foundation, et le Département américain de l’Énergie. Le site internet de SDSS-III est http://www.sdss3.org/.
SDSS-III est géré par l’Astrophysical Research Consortium pour le compte des institutions membres de SDSS-III : l’université d’Arizona, le Groupe de participation Brésilien, l’université de Cambridge, l’université de Floride, le Groupe de participation française, le Groupe de participation allemande, le Groupe de participation Notre Dame/JINA de l’État du Michigan, l’université Johns Hopkins, le département américain de l’Énergie du Laboratoire National de Berkeley Lawrence, l’institut Max Planck pour l’Astrophysique, l’université de l’État du nouveau Mexique, l’université de New York, l’université de l’État de l’Ohio, l’université de l’État de Pennsylvanie, l’université de Portsmouth, l’université de Princeton, l’université de Tokyo, l’université de l’Utah, l’université de Vanderbilt, l’université de Virginie, et l’université de Washington.



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