Des millions d’étoiles explosantes pourraient bientôt révéler les secrets de l’énergie noire
Des chercheurs dirigés par l’Institut des Sciences du Cosmos de l’Université de Barcelone (ICCUB) ont développé une nouvelle technique qui pourrait considérablement améliorer la façon dont les scientifiques étudient l’expansion de l’Univers et enquêtent sur la force mystérieuse connue sous le nom d’énergie noire.
Publiée dans Nature Astronomy, cette recherche introduit un cadre appelé CIGaRS, qui peut extraire beaucoup plus d’informations des supernovae de type Ia, ces puissantes explosions stellaires utilisées pour mer d’immenses distances cosmiques. Contrairement à de nombreuses approches actuelles, cette méthode repose principalement sur des données d’imagerie plutôt que sur des observations spectroscopiques coûteuses. Cette avancée devrait aider les astronomes à tirer pleinement parti des énormes ensembles de données qui arriveront bientôt des prochaines enquêtes célestes, en particulier celles menées par l’Observatoire Vera C. Rubin.
Les supernovae de type Ia se produisent lorsque des étoiles naines blanches explosent. Étant donné que ces explosions atteignent une luminosité intrinsèque presque identique, les astronomes les utilisent comme des « bougies standards » : en comparant leur luminosité réelle à celle observée depuis la Terre, les chercheurs peuvent calculer leur distance. Ces mes ont joué un rôle crucial dans la découverte que l’Univers est en expansion à un rythme accéléré, une accélération attribuée à l’énergie noire, l’une des questions les plus significatives non résolues de la physique moderne.
Cependant, il existe une complication importante : les supernovae de type Ia ne sont pas parfaitement identiques. Au cours des 20 dernières années, les astronomes ont découvert que la luminosité observée d’une supernova est influencée par la galaxie dans laquelle elle se produit. Les supernovae trouvées dans des galaxies plus anciennes ou plus massives peuvent apparaître légèrement différentes de celles se produisant dans des galaxies plus jeunes ou moins massives.
Les chercheurs ont généralement tenu compte de ces différences à l’aide de méthodes de correction relativement simples. Bien que utiles, ces approximations peuvent limiter l’exactitude des mes de distance et, par conséquent, la précision des études cosmologiques.
Le nouveau cadre répond à ce défi en modélisant plusieurs facteurs simultanément. Plutôt que de traiter chaque composant de manière indépendante, les chercheurs ont construit un modèle intégré unique qui inclut les explosions de supernovae elles-mêmes, leurs galaxies hôtes, la poussière qui altère leur lumière, les variations des taux de supernovae à travers l’histoire cosmique et même l’expansion de l’Univers. En reliant tous ces éléments au sein d’un cadre statistique et physique, l’équipe peut capturer des relations souvent négligées lorsque les éléments sont analysés séparément.
Pour rendre cette approche pratique, les chercheurs se sont tournés vers une technique moderne appelée inférence basée sur la simulation. Ce processus commence par la génération d’un grand nombre d’univers simulés basés sur des modèles physiques. Un réseau de neurones (un type d’intelligence artificielle) apprend alors comment les observations simulées se rapportent aux propriétés physiques qui les ont produites. Une fois formé, le système peut comparer les observations astronomiques réelles avec ses simulations et déterminer les paramètres sous-jacents les plus probables.
Une des découvertes les plus significatives de l’étude est que le cadre peut déterminer les distances des galaxies (décalages vers le rouge) avec une grande précision en utilisant uniquement des données d’imagerie. Le décalage vers le rouge me dans quelle me la lumière d’une galaxie a été étirée à me que l’Univers se dilate, fournissant des informations sur la distance de la galaxie et sur combien de temps en arrière nous l’observons.
L’Observatoire Vera C. Rubin, actuellement en construction au Chili, devrait commencer une enquête décennale du ciel dans un avenir proche. Au cours de cette mission, il découvrira un nombre sans précédent de supernovae. Environ 99 % de ces objets seront observés uniquement de manière photométrique, c’est-à-dire à travers des images prises dans différentes couleurs plutôt que par des spectres détaillés.
Les chercheurs estiment que cette approche pourrait améliorer les contraintes cosmologiques jusqu’à quatre fois par rapport aux techniques traditionnelles qui dépendent uniquement d’un échantillon relativement petit de supernovae observées par spectroscopie. Alors que l’Observatoire Rubin se prépare à inaugurer une nouvelle ère de découvertes astronomiques, des outils tels que CIGaRS pourraient aider les scientifiques à extraire le maximum d’informations de ses observations et à approfondir leur compréhension de l’Univers.
Source : Nature Astronomy
