Figure 1 : Exemple d’une image obtenue avec HSC-SSP. Crédit : projet HSC-SSP & ; NAOJ
Des astrophysiciens ont découvert que la « densité » de la matière noire de l’Univers était de 0,76, un chiffre en contradiction avec la valeur du fond diffus cosmologique de 0,83, ce qui indique des erreurs possibles ou un modèle cosmologique incomplet. La recherche s’est appuyée sur les données du programme stratégique Hyper Suprime-Cam Subaru et permettra d’approfondir l’étude de cette contradiction flagrante.
Une équipe internationale d’astrophysiciens et de cosmologistes de divers instituts, dont le NAOJ et l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers, a présenté une série de cinq articles mesurant la valeur de la « densité » de la matière noire de l’univers, connue des cosmologistes sous le nom de S8. La valeur rapportée est de 0,76, ce qui correspond aux valeurs que d’autres études par lentille gravitationnelle ont trouvées en examinant l’Univers relativement récent – mais elle ne correspond pas à la valeur de 0,83 dérivée du fond diffus cosmologique, qui remonte à l’époque où l’Univers avait environ 380 000 ans. L’écart entre ces deux valeurs est faible, mais il ne semble pas accidentel. Il est possible qu’il y ait une erreur non encore reconnue dans l’une de ces deux mesures ou que le modèle cosmologique standard soit incomplet d’une manière ou d’une autre.
Le modèle standard de notre Univers n’est défini que par une poignée de chiffres : le taux d’expansion de l’Univers, une mesure de l’agglutination de la matière noire (S8), les contributions relatives des constituants de l’Univers (matière, matière noire et énergie noire), la densité globale de l’Univers et une quantité technique décrivant la relation entre l’agglutination de l’Univers à grandes échelles et à petites échelles. Les cosmologistes sont impatients de tester ce modèle en contraignant ces chiffres de diverses manières, par exemple en observant les fluctuations du fond diffus cosmologique, en modélisant l’histoire de l’expansion de l’Univers ou en mesurant la densité de l’Univers dans un passé relativement récent.
Figure 2 : Exemple de distribution 3D de la matière noire dérivée de HSC-SSP. Cette carte est obtenue en utilisant les données de la première année, mais la présente étude a examiné une zone du ciel environ trois fois plus grande. Crédit : Université de Tokyo/NAOJ
Une équipe dirigée par des astronomes du Kavli IPMU, de l’Université de Tokyo, de l’Université de Nagoya, de l’Université de Princeton et des communautés astronomiques du Japon et de Taïwan a passé l’année dernière à percer les secrets de la matière la plus insaisissable, la matière noire, en utilisant des simulations informatiques sophistiquées et les données des trois premières années du programme stratégique Hyper Suprime-Cam Subaru (HSC-SSP). Le programme d’observation a utilisé l’une des caméras astronomiques les plus puissantes au monde, Hyper Suprime-Cam (HSC), montée sur le télescope Subaru. Les données HSC-SSP utilisées par l’équipe de recherche couvrent environ 420 degrés carrés du ciel, soit l’équivalent de 2000 pleines lunes.
Les amas de matière noire déforment la lumière des galaxies lointaines par un faible effet de lentille gravitationnelle, un phénomène prédit par la théorie générale de la relativité d’Einstein. Cette distorsion est vraiment minime : la forme d’une seule galaxie est déformée de façon imperceptible. Mais l’équipe a mesuré la distorsion avec une très grande précision en combinant les mesures de 25 millions de galaxies peu lumineuses situées à des milliards d’années-lumière. L’équipe a ensuite mesuré la densité de l’Univers actuel (figure 3).
Figure 3 : Résultats de la mesure du paramètre S8 à partir des données HSC-SSP de l’année 3. Le graphique montre les résultats de quatre méthodes différentes, qui utilisent différentes parties des données HSC-SSP de l’année 3 ou combinent les données HSC-SSP de l’année 3 avec d’autres données. À titre de comparaison, « Planck CMB » montre le résultat de la mesure de S8 à partir des données du fond diffus cosmologique du satellite Planck. La rubrique « Other weak lensing results » montre les résultats de mesures similaires basées sur les données du Dark Energy Survey (DES) et du Kilo-Degree Survey (KiDS). Crédit : Kavli IPMU
L’écart entre les valeurs S8 de HSC-SSP et du satellite Planck est très subtil. L’équipe pense que les mesures ont été effectuées correctement et avec soin. Et les statistiques montrent qu’il n’y a qu’une probabilité sur 20 que la différence soit due au hasard, ce qui est convaincant mais pas complètement définitif. L’équipe poursuivra l’étude de cette incohérence convaincante en utilisant l’ensemble des données HSC-SSP et des méthodes affinées. L’équipe pourrait découvrir quelque chose de nouveau sur l’Univers, alors restez à l’écoute.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir « Measuring Dark Matter With Hyper Suprime-Cam Reveals Discrepancy » (La mesure de la matière noire à l’aide de la caméra Hyper Suprime révèle une incohérence).
Références :
« Résultats de l’année 3 de l’Hyper Suprime-Cam : Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Emulator Based Halo Model » par Hironao Miyatake, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Takahiro Nishimichi, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Surhud More, Yosuke Kobayashi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Wentao Luo, Arun Kannawadi, Bau-Ching Hsieh, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Tomomi Sunayama, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka et Shiang-Yu Wang, 3 avril 2023, Astrophysics > ; Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00704
« Résultats de l’année 3 de l’Hyper Suprime-Cam : Measurements of Clustering of SDSS-BOSS Galaxies, Galaxy-Galaxy Lensing and Cosmic Shear » par Surhud More, Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Markus Michael Rau, Masato Shirasaki, Xiangchong Li, Atsushi J. Nishizawa, Ken Osato, Tianqing Zhang, Masahiro Takada, Takashi Hamana, Ryuichi Takahashi, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Yosuke Kobayashi, Takahiro Nishimichi, Masamune Oguri, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka et Shiang-Yu Wang, 3 avril 2023, Astrophysics > ; Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00703
« Résultats de l’année 3 de l’Hyper Suprime-Cam : Cosmology from Galaxy Clustering and Weak Lensing with HSC and SDSS using the Minimal Bias Model » par Sunao Sugiyama, Hironao Miyatake, Surhud More, Xiangchong Li, Masato Shirasaki, Masahiro Takada, Yosuke Kobayashi, Ryuichi Takahashi, Takahiro Nishimichi, Atsushi J. Nishizawa, Markus M. Rau, Tianqing Zhang, Roohi Dalal, Rachel Mandelbaum, Michael A. Strauss, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Ken Osato, Arun Kannawadi, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka et Shiang-Yu Wang, 3 avril 2023, Astrophysics > ; Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00705
« Résultats de l’année 3 de l’Hyper Suprime-Cam : Cosmology from Cosmic Shear Power Spectra » par Roohi Dalal, Xiangchong Li, Andrina Nicola, Joe Zuntz, Michael A. Strauss, Sunao Sugiyama, Tianqing Zhang, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Hironao Miyatake, Arun Kannawadi, Masato Shirasaki, Takanori Taniguchi, Ryuichi Takahashi, Ken Osato, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Atsushi J. Nishizawa, Andrés A. Plazas Malagón, Tomomi Sunayama, David Alonso, Anže Slosar, Robert Armstrong, James Bosch, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Lauren A. MacArthur, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka et Shiang-Yu Wang, 3 avril 2023, Astrophysics > ; Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00701
« Hyper Suprime-Cam Year 3 Results : Cosmology from Cosmic Shear Two-point Correlation Functions » par Xiangchong Li, Tianqing Zhang, Sunao Sugiyama, Roohi Dalal, Markus M. Rau, Rachel Mandelbaum, Masahiro Takada, Surhud More, Michael A. Strauss, Hironao Miyatake, Masato Shirasaki, Takashi Hamana, Masamune Oguri, Wentao Luo, Atsushi J. Nishizawa, Ryuichi Takahashi, Andrina Nicola, Ken Osato, Arun Kannawadi, Tomomi Sunayama, Robert Armstrong, Yutaka Komiyama, Robert H. Lupton, Nate B. Lust, Satoshi Miyazaki, Hitoshi Murayama, Takahiro Nishimichi, Yuki Okura, Paul A. Price, Philip J. Tait, Masayuki Tanaka, Shiang-Yu Wang, 3 avril 2023, Astrophysics > ; Cosmology and Nongalactic Astrophysics.
arXiv:2304.00702
Cette recherche a été soutenue par le National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (DGE-2039656) ; l’Observatoire astronomique national du Japon ; l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers ; l’Université de Tokyo ; l’Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (KEK) ; l’Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics à Taiwan ; l’Université de Princeton ; le programme FIRST du Cabinet Office japonais ; le ministère de l’éducation, de la culture, des sports, de la science et de la technologie (MEXT) ; la Société japonaise pour la promotion de la science ; l’Agence japonaise pour la science et la technologie ; la Toray Science Foundation ; et l’Observatoire Vera C. Rubin.