La collaboration DESI mène une expérience révolutionnaire pour comprendre l'expansion et l'accélération de l'univers. Leur travail avec l’instrument DESI leur a permis de cartographier le cosmos depuis ses débuts jusqu’à nos jours, remettant en question les modèles existants de l’univers. Les premiers résultats suggèrent qu’il pourrait y avoir davantage à découvrir sur l’énergie noire et l’accélération cosmique. L'approche innovante du projet, comprenant une analyse entièrement en aveugle, garantit que leurs conclusions sont basées sur des données impartiales, ouvrant la voie à de futures découvertes en astrophysique. Crédit : Issues.fr.com
Le DESI Cette collaboration examine l'expansion accélérée de l'univers grâce à une cartographie complète depuis ses premiers stades jusqu'à nos jours. Leurs découvertes remettent en question les modèles cosmiques traditionnels et suggèrent de nouvelles perspectives sur l’énergie noire, tout en utilisant des méthodes de recherche révolutionnaires et impartiales.
Une équipe de chercheurs, dont un astrophysicien de l'Université du Texas à Dallas, dans le cadre de la collaboration DESI (Dark Energy Spectroscopique Instrument), dirige une expérience révolutionnaire visant à explorer l'expansion et l'accélération de l'univers.
Le Dr Mustapha Ishak-Boushaki, professeur de physique à l'École des sciences naturelles et des mathématiques (NSM) de l'UT Dallas, est membre de la collaboration DESI, un groupe international de plus de 900 chercheurs de plus de 70 institutions à travers le monde engagés dans une expérience pluriannuelle visant à accroître la compréhension de l’histoire et du destin du cosmos.
Le 4 avril, Ishak-Boushaki a présenté les analyses de la première année de données collectées par l'expérience DESI lors d'une réunion de l'American Physical Society à Sacramento, en Californie, aux côtés de deux autres scientifiques de DESI. Ishak-Boushaki a présenté les résultats cosmologiques déduits des données DESI et leurs implications pour l'univers. Les chercheurs ont également partagé les résultats de la première année de données collectées dans plusieurs articles publiés sur le site de prépublication arXiv.
Le rôle de l’instrument DESI
L'instrument DESI, situé à l'Observatoire national de Kitt Peak (KPNO) en Arizona, recueille la lumière des parties les plus éloignées de l'univers, ce qui permet aux scientifiques de cartographier le cosmos tel qu'il était dans sa jeunesse et de retracer son évolution jusqu'à ce qui est observé aujourd'hui. Comprendre comment l'univers a évolué est lié à sa fin et à l'un des plus grands mystères de la physique : qu'est-ce qui se cache derrière l'observation selon laquelle l'expansion de l'univers s'accélère ?
L'analyse de la première année de collecte de données du DESI a confirmé les bases de ce que les scientifiques considèrent comme le meilleur modèle de l'univers, mais elle laisse également entendre qu'il reste encore beaucoup à apprendre sur la ou les causes sous-jacentes de l'accélération cosmique, dont la découverte qui lui a valu le prix Nobel de physique en 2011.

DESI a réalisé à ce jour la plus grande carte 3D de notre univers. La Terre est au centre de cette fine tranche de la carte complète. Dans la section agrandie, il est facile de voir la structure sous-jacente de la matière dans notre univers. Crédit : Claire Lamman/collaboration DESI ; package de palette de couleurs personnalisé par cmastro
L’accélération cosmique est problématique car elle s’oppose à la façon dont la gravité, qui provoque le rapprochement des objets ayant une masse, fonctionne dans notre système solaire et dans l’espace voisin.
« La gravité rassemble la matière, de sorte que lorsque nous lançons une balle dans les airs, la gravité de la Terre la tire vers la planète », a déclaré Ishak-Boushaki. « Mais aux plus grandes échelles, l’univers agit différemment. C'est comme si quelque chose de répulsif séparait l'univers et accélérait son expansion. Il s’agit d’un grand mystère sur lequel nous étudions sur plusieurs fronts. S'agit-il d'une énergie sombre inconnue dans l'univers, ou s'agit-il d'une modification de la théorie de la gravité d'Albert Einstein à des échelles cosmologiques ? »
Explorer l'énergie noire et l'expansion de l'univers
De nombreux scientifiques pensent que l’énergie noire joue un rôle clé dans l’accélération cosmique, mais elle n’est pas bien comprise. Certains théorisent qu’il s’agit d’une constante cosmologique – une propriété intrinsèque de l’espace qui détermine l’accélération.
Pour étudier les effets de l'énergie noire au cours des 11 derniers milliards d'années, le groupe DESI a créé la plus grande carte 3D du cosmos jamais construite en utilisant les mesures les plus précises à ce jour. C'est la première fois que des scientifiques mesurent l'histoire de l'expansion du jeune univers avec une précision supérieure à 1 %.
Le modèle phare de l’univers est connu sous le nom de Lambda-CDM. Il comprend à la fois la matière ordinaire et un type de matière rarement interagissant appelé matière noire froide (CDM) et énergie noire, connue sous le nom de Lambda. La matière et l’énergie noire façonnent la façon dont l’univers se développe, mais de manière opposée. Grâce à l’attraction gravitationnelle, la matière et la matière noire ralentissent l’expansion, tandis que l’énergie noire l’accélère. La quantité de chacun influence la façon dont l’univers évolue. Ce modèle est efficace pour valider les résultats d'expériences précédentes et décrire à quoi ressemble l'univers au fil du temps, a déclaré Ishak-Boushaki.
Cette animation montre comment les oscillations acoustiques des baryons agissent comme une règle cosmique pour mesurer l'expansion de l'univers. Crédit : Claire Lamman/collaboration DESI et Jenny Nuss/Berkeley Lab
Cependant, lorsque les résultats de la première année du DESI sont combinés avec les données d'autres études, il existe des différences subtiles par rapport à ce que prédirait le modèle Lambda-CDM.
« Nos résultats montrent des écarts intéressants par rapport au modèle standard de l'univers qui pourraient indiquer que l'énergie noire évolue au fil du temps », a déclaré Ishak-Boushaki. « Plus nous collectons de données, mieux nous serons équipés pour déterminer si cette conclusion est valable. Avec plus de données, nous pourrions identifier différentes explications pour le résultat que nous observons ou le confirmons. S’il persiste, un tel résultat jettera un peu de lumière sur ce qui cause l’accélération cosmique et constituera un grand pas en avant dans la compréhension de l’évolution de notre univers.
Davantage de données amélioreront également les autres premiers résultats de DESI, qui portent sur la constante de Hubble – une mesure de la vitesse à laquelle l'univers se développe aujourd'hui – et sur la masse des particules appelées neutrinos.
Importance de l’analyse aveugle dans la recherche
DESI est la première expérience spectroscopique à effectuer une analyse entièrement en aveugle, qui dissimule le véritable résultat aux scientifiques afin d'éviter tout biais de confirmation inconscient. Les chercheurs travaillent « à l’aveugle » avec des données modifiées et écrivent du code informatique pour analyser leurs résultats. Une fois que tout est finalisé, ils appliquent leur analyse aux données originales pour révéler la véritable réponse.
« Dr. Les recherches d'Ishak-Boushaki et sa collaboration avec des scientifiques de quelque 70 institutions révèlent des informations importantes sur notre univers, et les résultats sont fascinants », a déclaré le Dr David Hyndman, doyen de NSM et titulaire de la chaire universitaire distinguée Francis S. et Maurine G. Johnson. . « C'est inspirant d'avoir de tels programmes de recherche de classe mondiale à l'UT Dallas et de voir nos scientifiques jouer un rôle clé dans les découvertes fondamentales. »
DESI a été construit et est exploité grâce au financement du Bureau des sciences du ministère de l'Énergie (DOE) et se trouve au sommet du télescope Nicholas U. Mayall de 4 mètres de la National Science Foundation (NSF) au KPNO, qui est exploité par le NSF. Laboratoire NOIR. Le laboratoire national Lawrence Berkeley du DOE gère l'expérience DESI.
DESI est également soutenu par le Centre informatique scientifique national de recherche énergétique, la principale installation informatique du Bureau scientifique du DOE. Un soutien supplémentaire pour DESI est fourni par la NSF ; le Conseil des installations scientifiques et technologiques du Royaume-Uni ; la Fondation Gordon et Betty Moore ; la Fondation Heising-Simons ; le Commissariat aux énergies alternatives et à l'énergie atomique ; le Conseil national des sciences humaines, des sciences et des technologies du Mexique ; le ministère de la Science et de l'Innovation de l'Espagne ; et les institutions membres du DESI.
La collaboration DESI est honorée d'être autorisée à mener des recherches scientifiques sur Iolkam Du'ag (Kitt Peak), une montagne revêtant une importance particulière pour la nation Tohono O'odham.