Des astronomes de l'Université de Tokyo et de l'Institut Max Planck d'astrophysique ont développé une nouvelle technique d'analyse des cartes tridimensionnelles des galaxies qui révèle des informations cachées sur la matière noire et l'énergie noire. La méthode, intitulée 'inférence au niveau du champ' (FLI), utilise des algorithmes informatiques avancés pour comparer les positions relatives des galaxies dans une carte tridimensionnelle de l'univers avec des simulations détaillées décrivant la croissance et le comportement des galaxies et des halos de matière noire.
Traditionnellement, les astronomes réalisaient des relevés de galaxies en capturant des images de l'espace profond sur des plaques photographiques et en mesurant la distribution spatiale des galaxies en deux dimensions. Ils cherchaient à répondre à des questions telles que 'À quelle distance ces galaxies sont-elles de leurs voisines ?' et 'Comment sont-elles alignées entre elles ?' Les relevés modernes ont ajouté une troisième dimension grâce à la spectroscopie multi-objets, qui mesure le décalage vers le rouge des galaxies, déterminant ainsi leur distance dans l'univers en expansion. Cette avancée a permis de créer des cartes tridimensionnelles de l'univers, mais les chercheurs soupçonnaient que des informations cruciales étaient perdues dans cette compression.
La nouvelle méthode FLI fonctionne directement avec des cartes tridimensionnelles de galaxies représentées en voxels sur ordinateur—des pixels tridimensionnels dans une grille. L'équipe, dirigée par l'astronome Minh Nguyen, a appliqué FLI aux côtés d'un ensemble d'algorithmes au sein du système LEFTfield, qui modélise la croissance et le regroupement des galaxies depuis l'univers primitif jusqu'à aujourd'hui. Les résultats ont montré une amélioration de 3 à 5 fois de la précision et des détails par rapport aux fonctions de corrélation à deux et trois points.
Ces informations supplémentaires pourraient aider les scientifiques à tester le modèle cosmologique standard et à identifier d'éventuelles déviations qui pourraient enrichir la compréhension de l'univers sombre. FLI a le potentiel de révéler des asymétries dans les fluctuations quantiques du Big Bang qui ont conduit à la formation des galaxies ou des anomalies dans l'évolution gravitationnelle des galaxies, fournissant potentiellement de nouvelles perspectives sur la matière noire ou la gravité elle-même.
'Avec l'accès à l'ensemble du champ de matière noire sous-jacent associé au champ galactique observé, nous pouvons être plus sensibles aux effets locaux,' a expliqué Nguyen. De tels effets locaux sont moyennés lors de l'analyse utilisant des fonctions n-point.
La prochaine étape consiste à appliquer FLI aux données réelles provenant d'instruments tels que l'Instrument de Spectroscopie de l'Énergie Sombre au National Observatory de Kitt Peak, le Spectrographe du Télescope Subaru et la mission Euclid de l'Agence Spatiale Européenne. Des applications futures sont prévues avec des données de l'Observatoire Vera C. Rubin et du Télescope Spatial Nancy Grace Roman.
Fabian Schmidt, un co-auteur de l'étude, a noté : 'C'est plutôt élégant, étant donné que nous ne pouvons pas observer directement la matière noire, et cela complète les cartes de matière noire construites à partir du lentillage gravitationnel.'
Cette nouvelle méthode d'analyse pourrait non seulement améliorer la compréhension de la distribution des galaxies dans l'univers, mais également conduire à des découvertes sur les origines de tout ce que nous observons dans l'espace.