Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique

DESI est une collaboration scientifique internationale gérée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et financée principalement par l'Office of Science du ministère américain de l'énergie (DOE).

En recueillant la lumière de quelque 30 millions de galaxies, les scientifiques du projet DESI pourront construire une carte en 3D de l'Univers avec des détails sans précédent. Les données les aideront à mieux comprendre la force répulsive associée à l' "énergie noire" qui est responsable de l'accélération tardive de l'expansion de l'Univers.

Qu'est-ce qui distingue DESI des précédents grands relevés de galaxies ?  Le directeur du projet, Michael Levi, du Berkeley Lab, répond :  "nous allons mesurer dix fois plus de spectres de galaxies que ce qui a été obtenu jusqu'à présent. Ces spectres nous donnent une troisième coordonnée, en plus de la position sur la sphère céleste que nous connaissons déjà. L'instrument devient ainsi une machine à remonter le temps où nous plaçons ces galaxies sur une ligne qui remonte jusqu'à 11 milliards d'années.” 

"DESI est parmi les plus ambitieux d'une nouvelle génération d'instruments destinés à mieux comprendre le cosmos, en particulier sa composante d'énergie noire", explique Nathalie Palanque-Delabrouille, cosmologiste au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et co-porte parole de la collaboration DESI.  Selon elle, le programme scientifique - y compris son propre intérêt pour les quasars - permettra aux chercheurs de progresser sur deux questions essentielles : qu'est-ce que l'énergie noire et dans quelle mesure la gravité suit les lois de la relativité générale qui constituent la base de notre compréhension du cosmos.

"Le chemin a été long depuis les premières étapes que nous avons franchies il y a près de dix ans pour concevoir ce programme, puis pour décider des objets astrophysiques à observer, et enfin avoir à notre disposition les instruments pour atteindre ces objectifs scientifiques", déclare Nathalie Palanque-Delabrouille.  "C'est très excitant de voir où nous en sommes aujourd'hui”.

Le lancement officiel du grand relevé DESI pour une durée de 5 ans fait suite à une campagne de 4 mois de tests de l’instrument et de mesures particulièrement fructueuses. Plus de 4 millions de spectres de galaxies ont ainsi déja été mesurés.

L'instrument DESI est installé sur le télescope Mayall de 4 mètres de l'Observatoire National de Kitt Peak. L'instrument comprend une nouvelle optique qui augmente le champ de vue du télescope et comporte 5 000 fibres optiques contrôlées par des robots pour recueillir la lumière de 5000 objets simultanément à chaque nouveau pointé du téléscope.

En fait, le télescope pointe littéralement vers 5 000 galaxies différentes, simultanément. Au cours d'une nuit donnée, lorsque le télescope est déplacé vers un nouveau champ, les fibres optiques s'alignent pour recueillir la lumière des galaxies réfléchie par le miroir du télescope. De là, la lumière est envoyée dans un réseau de spectrographes et de caméras CCD pour être traitée et étudiée.

"C'est vraiment une usine que nous avons - une usine à mesurer des spectres de galaxies", explique le responsable pour DESI du programme de validation du relevé, Christophe Yeche, également cosmologiste au CEA. "Nous pouvons collecter 5 000 spectres toutes les 20 minutes.  Au cours d'une bonne nuit, nous recueillons les spectres de quelque 150 000 objets. Avec cette campagne de tests qui s’est achevée, nous avons franchi la phase cruciale de validation des algorithmes de sélection des objets que DESI observera. C’est une étape déterminante pour le succès de notre ambitieux programme de recherche.” 

Les spectres recueillis par DESI donnent la décomposition, suivant les couleurs de l’arc-en-ciel, de la lumière émise par les objets. Leurs caractéristiques, notamment la longueur d'onde, révèlent des informations telles que la composition chimique des objets observés, ainsi que des informations sur leur distance et leur vitesse relative. 

Avec l'expansion de l'Univers, les galaxies s'éloignent les unes des autres et leur lumière est décalée vers des longueurs d'onde plus longues donc plus rouges. Plus la galaxie est éloignée, plus son "décalage vers le rouge" est important. En mesurant les décalages vers le rouge des galaxies, les chercheurs de DESI créeront une carte en 3D de l'Univers. La répartition détaillée des galaxies sur cette carte permettra de mieux comprendre l'influence et la nature de l'énergie noire. 

"L'énergie noire est l'un des principaux moteurs scientifiques de DESI", explique Kyle Dawson, co-porte parole du projet et professeur de physique et d'astronomie à l'université de l'Utah. "L'objectif n'est pas tant de déterminer la quantité d'énergie noire présente dans l'Univers - nous savons qu'environ 70 % de l'énergie présente dans l'Univers aujourd'hui est de l'énergie noire - que d'étudier ses propriétés", ajoute-t-il. 

L'Univers est en expansion à un rythme déterminé par la variation, au cours du temps, de la répartition de l’énergie de l’Univers entre ses différentes composantes, explique K. Dawson. Comme l'instrument DESI observe l'espace et le temps, dit-il, "nous pouvons littéralement prendre des instantanés d'aujourd'hui, d'hier, d'il y a 1 milliard d'années, de 2 milliards d'années, aussi loin que possible dans le temps. Nous pouvons ensuite déterminer le contenu énergétique de ces instantanés et voir comment il évolue."

Contacts : Nathalie Palanque-Delabrouille, C. Yèche.

En savoir sur la "survey validation " avec la rubrique making off des Défis du CEA.