Une carte pionnière de l’univers qui redéfinit les modèles cosmologiques

le Forums Cette collaboration étudie l’expansion accélérée de l’univers en le cartographiant de manière exhaustive depuis ses premiers stades jusqu’à nos jours. Leurs découvertes remettent en question les modèles cosmologiques traditionnels et suggèrent de nouvelles perspectives sur l’énergie noire, tout en utilisant des méthodes de recherche pionnières et impartiales.

Dans le cadre de la collaboration DESI (Dark Energy Spectroscopique Instrument), une équipe de chercheurs, dont un astrophysicien de l’Université du Texas à Dallas, dirige une expérience pionnière visant à explorer l’expansion et l’accélération de l’univers.

Le Dr Mustafa Ishak Bouchaki, professeur de physique à l’École des sciences naturelles et des mathématiques (NSM) de l’Université du Texas à Dallas, est membre de la collaboration DESI, un groupe international de plus de 900 chercheurs issus de plus de 70 institutions du monde entier. le monde participe à une expérience pluriannuelle visant à accroître la compréhension de l’histoire de… et du destin de l’univers.

Le 4 avril, Isaac Boschaki a présenté les analyses de la première année des 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. Isaac Boschaki 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’outil DESI

L’instrument DESI, situé au Kit Peak National Observatory (KPNO) en Arizona, collecte la lumière des parties les plus éloignées de l’univers, permettant aux scientifiques de cartographier l’univers tel qu’il était jeune et de retracer son évolution jusqu’à ce que nous observons 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 au DESI confirme les bases de ce que les scientifiques considèrent comme le meilleur modèle de l’univers, mais elle suggère également qu’il reste encore beaucoup à apprendre sur la ou les causes sous-jacentes de l’accélération cosmique, dont on a découvert qu’elle était à l’origine de l’accélération cosmique. conduit à Prix ​​Nobel de physique En 2011.

DESI a créé à ce jour la plus grande carte 3D de notre univers. La Terre se trouve au centre de cette fine tranche de la carte complète. En vue agrandie, il est facile de voir la structure de base de la matière dans notre univers. Crédit : Claire Laman/DESI Collaboration ; Package Colormap personnalisé par Cmastro

L’accélération cosmique est un problème car elle interfère avec le fonctionnement de la gravité, qui rassemble les objets ayant une masse, dans notre système solaire et dans l’espace voisin.

« La gravité maintient la matière ensemble, donc lorsque nous lançons une balle en l’air, la gravité terrestre la tire vers la planète », a déclaré Isaac Boschaki. « Mais à plus grande échelle, l’univers se comporte différemment. Il se comporte comme s’il y avait quelque chose de dégoûtant qui séparait l’univers et accélérait son expansion. C’est un grand mystère, et nous l’étudions sur plusieurs fronts. » univers, ou s’agit-il d’une modification de la théorie de la gravité d’Albert Einstein à l’échelle cosmique ?

Explorer l’énergie noire et l’expansion de l’univers

De nombreux scientifiques pensent que l’énergie noire joue un rôle majeur dans l’accélération cosmique, mais cela n’est pas bien compris. Certains y voient 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 de l’univers jamais réalisée en utilisant les mesures les plus précises à ce jour. C’est la première fois que les 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. Ils comprennent à la fois la matière ordinaire, un type rare de matière en interaction appelée matière noire froide (CDM), et l’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 la gravité, la matière et la matière noire ralentissent l’expansion, tandis que l’énergie noire l’accélère. La quantité de chacun affecte la façon dont l’univers évolue. Isaac Boschaki a déclaré que ce modèle est efficace pour valider les résultats d’expériences précédentes et décrire à quoi ressemble l’univers au fil du temps.

Cette animation montre comment les oscillations acoustiques du baryon agissent comme une règle cosmologique pour mesurer l’expansion de l’univers. Crédit : Collaboration de Claire Laman/DESI et Jenny Noss/Laboratoire de Berkeley

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 prédit le modèle Lambda-CDM.

« Nos résultats montrent des écarts intéressants par rapport au modèle standard de l’univers, ce qui pourrait indiquer que l’énergie noire évolue au fil du temps », a déclaré Isaac Boschaki. « Plus nous collectons de données, mieux nous sommes équipés pour déterminer si un tel résultat est vrai ou non. Avec plus de données, nous pourrons peut-être identifier ou confirmer différentes explications du résultat que nous observons. recevra quelques éclaircissements sur les causes de l’accélération cosmique constitue une étape majeure dans la compréhension de l’évolution de notre univers.

Davantage de données amélioreront également d’autres premiers résultats de DESI, qui affectent la constante de Hubble – une mesure de la vitesse à laquelle l’univers se développe aujourd’hui – et la masse des particules appelées neutrinos.

L’importance de l’analyse aveugle dans la recherche

DESI est la première expérience spectroscopique à effectuer une analyse complètement aveugle, qui cache le véritable résultat aux scientifiques afin d’éviter tout biais de confirmation inconscient. Les chercheurs travaillent « à l’aveugle » avec les données modifiées et écrivent du code informatique pour analyser leurs résultats. Une fois que tout est fait, ils appliquent leur analyse aux données originales pour révéler la véritable réponse.

« Les recherches d’Isaac Boschaki et la collaboration avec des scientifiques de près de 70 institutions révèlent des informations importantes sur notre monde, et les résultats sont étonnants », déclare le Dr David Hindman, doyen de NSM et président de l’Université distinguée Francis S. et Maureen Johnson. Il 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.

référence: « Résultats de cosmologie pour la première année » Par DESI Collaboration et al., 4 avril 2024.

DESI a été créé et exploité grâce au financement du Bureau des sciences du ministère de l’Énergie (DOE) et est situé au sommet du télescope Nicholas U.. La mine de 4 mètres de hauteur de la National Science Foundation (NSF) à KPNO, exploitée par NSF Laboratoire NOIR. Le laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l’Énergie gère l’expérience DESI.

DESI est également soutenu par le National Energy Research Scientific Computing Center, l’installation informatique de base du Bureau des sciences du DOE. Un support supplémentaire pour DESI est fourni par NSF ; Conseil britannique des installations scientifiques et technologiques ; Fondation Gordon et Betty Moore ; la Fondation Hessing Simons ; La Commission française des énergies alternatives et de l’énergie atomique ; Conseil national des sciences humaines, des sciences et des technologies du Mexique ; 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 d’une importance particulière pour la nation Tohono O’odham.