Pour la première fois, une équipe de recherche internationale dirigée par l'Observatoire astronomique de Shanghai (SHAO) de l'Académie chinoise des sciences a démontré que l'application d'une modélisation pixelisée à lentilles fortes à l'échelle d'un amas de galaxies peut améliorer considérablement la précision de la constante de Hubble déduite (H0) : un paramètre clé qui décrit le taux d’expansion de l’univers.
Leurs conclusions, publiées dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyfournissent une nouvelle voie technique pour déterminer avec précision l'échelle de distance cosmique à travers des supernovae à forte lentille.
La constante de Hubble décrit le taux d’expansion actuel de l’univers et constitue un paramètre essentiel de la cosmologie moderne. Cependant, un écart supérieur à 5σ, connu sous le nom du fameux « H0 « tension », persiste entre les mesures de l'univers primitif (par exemple, le fond diffus cosmologique) et de l'univers tardif (par exemple, les supernovae de type Ia). Trouver une méthode de mesure indépendante et très précise est donc devenu crucial pour résoudre cette tension.
Les supernovae à forte lentille mesurent directement les distances cosmiques grâce aux délais entre leurs multiples images, déduisant ainsi indépendamment H0. Cette méthode ne s'appuie pas sur « l'échelle de distance cosmique » et peut théoriquement fournir des contraintes cosmologiques d'une extrêmement haute précision. Cependant, sa précision est actuellement limitée par l'incertitude liée à la modélisation de la distribution de masse des amas de lentilles.
S'appuyant sur des travaux antérieurs du projet CURLING, les chercheurs ont développé un cadre de modélisation de lentilles fortes pixelisées. En utilisant un système similaire à la supernova « Requiem » de l'amas de galaxies MACS J0138.0-2155, les chercheurs ont comparé le H0 inférences de la modélisation traditionnelle de sources ponctuelles et de la méthode pixelisée.
Les résultats montrent que la modélisation pixelisée a réduit l'incertitude à ±0,8 km/s/Mpc, améliorant ainsi la précision de plus de dix fois. Cela indique que, appuyé par des données d'observation à haute résolution provenant d'installations telles que le télescope spatial James Webb (JWST), l'utilisation complète des informations sur la luminosité de la surface provenant de systèmes à images multiples en forme d'arc produites par l'effet de lentille peut réduire considérablement les erreurs systématiques de modélisation. Cela fait des supernovae à forte lentille une sonde cosmologique potentielle de haute précision.
Les chercheurs ont également simulé de futures observations des prochaines installations d’enquête. Dans les conditions du Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l'Observatoire Rubin, les mesures de retard pourraient atteindre des incertitudes d'environ 1,5 %. Pour le télescope de la station spatiale chinoise – imageur multicanal (CSST-MCI), la précision peut être encore améliorée. Combinées à une modélisation pixelisée, les observations CSST-MCI pourraient contraindre H0 à moins de 0,1 km/s/Mpc.
Ces résultats soulignent que les incertitudes du modèle de lentille constituent désormais la limitation dominante de H.0 inférence. La combinaison de l'imagerie haute résolution et de la modélisation pixellisée à lentilles fortes ouvre la voie à l'obtention d'une précision en pourcentage en H.0 mesures dans un avenir proche.
« La modélisation pixellisée nous permet d'utiliser toutes les informations codées dans les arcs de lentilles, plutôt que de nous fier uniquement aux positions de plusieurs images. Il s'agit d'une étape clé vers une cosmologie de précision avec une forte lentille à l'échelle des clusters », a déclaré le Dr Xie Yushan, premier auteur de l'étude.
« Avec JWST, Euclid et le prochain télescope de la Station spatiale chinoise, nous entrons dans un âge d'or de la recherche sur les lentilles puissantes. Ce travail démontre l'énorme potentiel de réalisation de mesures cosmologiques de haute précision une fois que de nouveaux échantillons de supernova à lentilles seront disponibles », a déclaré le professeur Shan Huanyuan, auteur correspondant de l'étude.
