Au terme de sa mission LSST aura récolté un catalogue de 4 milliards de galaxies
Afin de pouvoir les utiliser pour étudier l’univers dans son ensemble, et notamment la nature de l’énergie noire, il faut disposer d’une indication de distance pour chacune de ces galaxies. Celle-ci est de prime abord donnée par le décalage spectral ou décalage vers le rouge (redshift) : plus une galaxie est loin de nous, plus elle s’éloigne rapidement en vertu de l’expansion de l’univers, et plus son spectre – c’est-à-dire l’intensité de la lumière en fonction de la longueur d’onde – est observé décalé vers les grandes longueurs d’onde (donc vers le rouge) par effet Doppler-Fizeau (le même qui fait qu’une sirène d’ambulance venant vers vous aura un son plus aigu que quand elle s’éloigne de vous). Il est possible de mesurer précisément le décalage spectral d’une galaxie en observant son spectre, dont on compare les raies émises par certains éléments avec les mêmes raies émises dans un laboratoire sur Terre : le décalage entre les deux donne le décalage spectral.
Dans le cas de LSST, il sera a priori impossible d’obtenir un spectre pour chacune de ces milliards de galaxies : dans le cadre de la technologie actuelle cela nécessiterait beaucoup trop de temps d’observation sur des très gros télescopes. La seule solution sera de déterminer des décalages vers le rouge dits « photométriques, » c’est-à-dire en essayant de deviner le spectre de la galaxie — et donc son décalage lié à sa vitesse — à partir du flux mesuré dans chacun des six filtres colorés. Le seul hic, c’est que cette méthode est 100 à 1000 fois moins précise qu’avec un véritable spectre. Il faudra néanmoins faire avec !
Afin d’évaluer ces décalages spectraux de manière photométrique on utilise un certain nombre de « patrons » de spectres représentant au mieux la diversité des galaxies. Pour chacun des patrons, on calcule les flux lumineux équivalents dans les six bandes spectrales de LSST, et ce pour un intervalle de décalages spectraux donné, avec un pas d’itération donné. À chaque itération, le résultat du calcul est comparé aux résultats des observations. En fonction du degré de similitude, le résultat du calcul est rejeté ou pas. Le résultat final sera celui où le résultat du calcul sera le plus proche possible des observations.
Néanmoins, compte tenu de la largeur des bandes spectrales, qui consistent à représenter l’ensemble du spectre dans le domaine visible de 400 à 900 nm en seulement six points, il se peut que des résultats d’ajustement corrects donnent des mesures du décalage spectral complètement erronées. Il s’agit des « redshifts catastrophiques ». Tout l’enjeu des recherches actuelles visent à améliorer l’efficacité de ces redshifts photométriques (améliorer la précision avec un échantillon de galaxies maximal), en minimisant le nombre de « catastrophiques. »