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Rubin LSST France célèbre la journée internationale des femmes et des filles de science

Depuis 2015, le 11 février de chaque année est marqué par la célébration de la Journée internationale des femmes et des filles de Science. Lancée par l’assemblée générale de l’ONU, cette initiative a vocation à promouvoir l’accès et la participation des femmes et des filles à la science, alors qu’aujourd’hui les femmes ne représentent que 33% des chercheurs dans le monde et seulement 35% des étudiants dans les domaines liés aux sciences et technologies.

La collaboration Rubin LSST France a souhaité s’associer à cette démarche en mettant en avant quelques unes des femmes de la collaboration. Qu’elles soient chercheuses, ingénieures, doctorantes ou encore postdoctorantes, découvrez ci-dessous leur métier, leur thématique de recherche mais aussi ce qui les passionne dans le projet Rubin LSST.

Emille Ishida est ingénieure de recherche au Laboratoire de Physique de Clermont (CNRS, Université Clermont Auvergne) et l’une des responsables du système d’alertes Fink.

Fink est une collaboration internationale qui propose un système capable de gérer, en temps réel, le volume d’alertes sans précédent envoyées par l’Observatoire Rubin et de prévenir les scientifiques de tout changement notoire par rapport à des observations antérieures.

Marine Kuna est maître de conférences et chercheuse en physique des particules et de cosmologie au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (CNRS, Université Grenoble Alpes) et responsable du projet Stellar Stream dans la Dark Energy Science Collaboration. L’objectif de Stellar Stream est de détecter des sous-halos de matière noire présents dans notre galaxie via leur interaction avec les courants stellaires en orbite autour de la Voie Lactée. Des sous-halos de matière noire de si petite taille n’ont jamais encore été observés. La mesure de leur abondance sera un indice précieux pour trancher parmi la multitude des modèles de matière noire. Marine Kuna co-encadre également une thèse sur la problématique du blending, c’est-à-dire la superposition des galaxies dans les images de Rubin LSST.

Madeleine Ginolin est doctorante en cosmologie observationnelle à l’Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (CNRS, Université Lyon 1). Elle travaille en particulier sur l’échantillon de supernovae proches ZTF, où les biais d’observation sont limités, afin d’améliorer notre connaissance de leur comportement. Ces connaissances seront ensuite utilisées pour traiter les données des supernovae lointaines observées par Rubin. Les supernovae sont des indicateurs de distance cruciaux pour la mesure de la constante de Hubble-Lemaître et la détermination de l’équation d’état de l’énergie noire.

Marina Ricci est chercheuse en cosmologie observationnelle au Laboratoire Astroparticule et Cosmologie (CNRS, Université Paris Cité, Observatoire de Paris, CEA, CNES). Elle est impliquée dans la Dark Energy Science Collaboration qui prépare les analyses cosmologiques des données de Rubin LSST. Elle s’intéresse particulièrement aux amas de galaxies et oeuvre aussi à l’organisation de cette grande collaboration internationale.

Claire Juramy-Gilles est ingénieure en instrumentation au Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (CNRS, Sorbonne Université et Université Paris Cité). Elle a contribué à la conception et aux tests de l’électronique de la caméra LSST et à l’optimisation du fonctionnement de ses capteurs CCD. Elle a également participé à la construction du système de changeur de filtres et à son intégration dans la caméra. Enfin, elle anime actuellement un groupe de travail, composé d’ingénieurs et de chercheurs, dont l’objectif est d’améliorer les performances de la caméra.

Nicoleta Pauna est enseignante chercheuse en physique au Laboratoire de Physique de Clermont (CNRS, Université Clermont Auvergne). Son travail s’inscrit dans une démarche de caractérisation des détecteurs CCD afin de corriger certains effets instrumentaux. Le plan focal de la caméra est en effet équipé de capteurs à haute résistivité qui permettent de sonder plus loin dans l’Univers grâce à leur sensibilité accrue. La calibration de ces capteurs représente un point crucial dans le contrôle des erreurs systématiques.

Sylvie Dagoret-Campagne est directrice de recherche au CNRS au Laboratoire Irène Joliot Curie IJCLab (CNRS, Université Paris Saclay, Université Paris Cité).
Ses travaux dans le cadre des grands relevés de galaxies comme celui de Rubin LSST portent à la fois sur la précision de la mesure des flux des galaxies lointaines en les corrigeant des variations de la transparence atmosphérique et sur l’estimation de leurs distances si indispensables pour tester les modèles de croissance des grandes structures de l’Univers.

Anna Niemec est chercheuse postdoctorale en cosmologie observationnelle au Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (CNRS, Sorbonne Université et Université Paris Cité). Elle travaille sur l’effet de lentille gravitationnelle qui permet de tracer la distribution de matière dans l’Univers, y compris de la mystérieuse matière noire. Elle participe également à la préparation des analyses cosmologiques dans la Dark Energy Science Collaboration.

8 février 2024
L’Observatoire Rubin va inspirer une nouvelle ère de missions spatiales
Grâce à sa vue d’ensemble et détaillée du système solaire, ainsi que sa capacité à détecter et à suivre rapidement les objets en mouvement, l’Observatoire Vera C. Rubin va constituer une mine de données pour la planification et la préparation des missions spatiales. Il va en effet aider les scientifiques à identifier les cibles à privilégier pour les futures missions spatiales en détectant des millions de nouveaux objets du système solaire et en révélant, avec plus de détails que jamais, le contexte plus large dans lequel ces objets existent. Rubin pourra également alerter les scientifiques de l’existence d’objets tels que des astéroïdes, des comètes ou des objets interstellaires en approche, suffisamment à temps pour déterminer leurs trajectoires et préparer les missions spatiales destinées à les étudier.

Nous vivons une période passionnante pour l’exploration du système solaire, avec l’annonce récente de résultats de missions spatiales telles que OSIRIS-REx, Lucy et Psyche de la NASA et Juice de l’ESA. Ces engins spatiaux (sans équipage) ont visité nos voisins cosmiques et ont rapporté des images en gros plan, des informations détaillées et même des roches et des poussières extraterrestres. Mais les missions spatiales ne sont rendues possibles que grâce à des recherches approfondies, préalables à la préparation et à l’orientation des scientifiques sur Terre. Les observations des observatoires astronomiques au sol sont essentielles à ce processus. L’Observatoire Rubin, financé conjointement par la National Science Foundation (NSF) et le Department of Energy (DOE) américain, commencera bientôt à produire l’un des ensembles de données astronomiques les plus vastes produits par un même observatoire. Il fournira aux scientifiques un trésor d’informations qu’ils pourront utiliser pour planifier et préparer la prochaine génération d’ambitieuses missions spatiales, notamment sur le plan scientifique. L’Observatoire Rubin est situé au Chili et sera mis en production en 2025. L’Observatoire Rubin est un programme opéré par le NOIRLab de la National Science Foundation, en collaboration avec le SLAC National Accelerator Laboratory.

Le système solaire regorge de millions de petits objets rocheux et glacés. La plupart se sont formés très tôt, comme les objets proches de la Terre et les astéroïdes troyens, tandis que d’autres sont des voyageurs lointains provenant de systèmes solaires autres que le nôtre, connus sous le nom d’objets interstellaires.

Au cours des dix années que durera le relevé LSST (pour Legacy Survey of Space and Time), l’Observatoire Rubin scrutera toutes les nuits l’ensemble du ciel de l’hémisphère sud à l’aide d’un télescope à déplacement rapide de 8,4 mètres et de la plus grande caméra numérique au monde. Il permettra de révéler des millions d’objets du système solaire jusqu’alors inconnus. Le relevé effectué par l’Observatoire Rubin devrait potentiellement quintupler notre recensement actuel des objets connus du système solaire, que les scientifiques construisent patiemment depuis plus de 150 ans.

« Rien n’approchera la profondeur du relevé réalisé par Rubin et le niveau de caractérisation que nous obtiendrons pour les objets du système solaire », déclare Siegfried Eggl, professeur adjoint à l’Université de l’Illinois (Urbana-Champaign, États-Unis) et responsable du groupe de travail sur le système solaire interne au sein de la Solar System Science Collaboration (SSSC) de Rubin/LSST. « Il est fascinant que nous ayons la possibilité d’approcher des objets intéressants et de les observer de près. Mais pour cela, nous devons savoir qu’ils existent et nous devons savoir où ils se trouvent. C’est ce que Rubin nous dira ».

L’Observatoire Rubin est situé au sommet du Cerro Pachón, dans le désert chilien. © RubinObs/NSF/AURA/H. Stockebrand

En plus de détecter des millions de nouveaux objets astronomiques, Rubin fournira également des informations sur la structure du système solaire et révélera des régions entières contenant des objets uniques ou scientifiquement intéressants à prendre en considération pour de futures missions spatiales.

« Si l’on compare Rubin à une plage, on verrait des millions et des millions de grains de sable, mais aussi la plage dans son ensemble », explique Siegfried Eggl. « Il peut y avoir une zone de sable jaune ou de sable noir volcanique, et une mission spatiale vers un objet de cette région pourrait permettre d’étudier ce qui la rend différente. Souvent, nous ne savons pas ce qui est bizarre ou intéressant si nous ne connaissons pas le contexte dans lequel il se trouve ».

En plus de fournir aux astronomes et aux astrophysiciens la vue du ciel austral la plus complète à ce jour, Rubin les alertera également des changements dans le ciel nocturne dans les 60 secondes suivant leur détection. Ce système d’alertes en temps réel pourrait inciter les scientifiques à commencer à préparer une mission spatiale vers une cible qui se déplace rapidement, peut-être même un objet interstellaire en approche, suggère Siegfried Eggl. « Rubin va pouvoir nous donner le temps de préparation dont nous avons besoin pour lancer une mission d’interception d’un objet interstellaire. Il s’agit d’une synergie propre à Rubin et à l’époque dans laquelle nous vivons ». En fait, de telles missions sont déjà en cours de développement : la mission JAXA/ESA Comet Interceptor sera lancée en 2029 et attend la découverte (probablement par Rubin) d’une comète à longue période du système solaire qui soit visitable ou celle d’un objet interstellaire passant pour la première fois devant le Soleil.

Les observations précises et fréquentes de Rubin sur les objets du système solaire et leur emplacement pourraient également profiter aux missions spatiales déjà en cours, en alertant les scientifiques sur les possibilités d’observation intéressantes proches de la trajectoire d’un engin spatial, ou à proximité grâce à un léger détour. Rubin est par exemple bien placé pour influencer la mission Lucy, opérée par la NASA pendant 12 ans. Première mission spatiale envoyée pour étudier les astéroïdes piégés dans et autour de l’orbite de Jupiter, Lucy a déjà fourni des informations scientifiques précieuses ainsi que des résultats inattendus. Mais lorsque le relevé LSST de Rubin débutera, des astéroïdes plus petits et moins lumineux situés à proximité de la future trajectoire de Lucy seront observés pour la première fois par les scientifiques ici sur Terre : ce seront alors autant de nouvelles possibilités de survol et autant de découvertes scientifiques que nous sommes loin de pouvoir prédire. « Avec nos télescopes actuels, nous avons essentiellement observé les gros rochers sur la plage », continue Siegfried Eggl, « mais Rubin permettra de zoomer sur les grains de sable les plus fins ».

Plus d’informations :

L’Observatoire Rubin est une initiative conjointe de la National Science Foundation (NSF) et du Department of Energy (DOE) américain. Sa mission principale est de réaliser le relevé LSST (Legacy Survey of Space and Time), en fournissant un ensemble de données sans précédent pour la recherche scientifique soutenue par les deux agences. Rubin est exploité conjointement par le NOIRLab de la NSF et SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC). NOIRLab est géré pour la NSF par l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) et SLAC est géré pour le DOE par l’Université de Stanford. La France apporte un soutien essentiel à la construction et à l’exploitation de l’Observatoire Rubin grâce aux contributions du CNRS/IN2P3. Nous remercions également un certain nombre d’organisations et d’équipes internationales pour leurs contributions supplémentaires.

Lien vers le communiqué en anglais

Liens utiles :
En France, Benoit Carry (photo ci-contre), astronome adjoint au Laboratoire Lagrange (Observatoire de la Côte d’Azur, INSU, Université Côte d’Azur) est membre de SSSC. Ses recherches portent sur la caractérisation physique des objets du système solaire, en particulier sur la ceinture principale d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter.

Récemment arrivé dans le projet, il a très vite compris l’intérêt du relevé LSST pour ses recherches : « LSST sera le champion toutes catégories de la découverte d’objets du système solaire ! » En effet, la profondeur mais aussi la cadence à laquelle la caméra de Rubin reviendra en continu sur une même portion du ciel devrait permettre d’observer, d’après les estimations, jusqu’à 6 millions d’objets du système solaire en deux ans de production, contre 1,3 millions sur les 200 dernières années. « Avec autant d’observations, on va clairement passer de l’âge sombre à l’âge d’or du système solaire…»

L’autre point notable du LSST se situe sur sa caméra : elle est équipée d’un système photométrique multibandes qui, allié à un système d’alertes, permettra de détecter en temps réel les objets transitoires. Benoit Carry collabore ainsi régulièrement avec l’équipe du broker Fink, l’un des systèmes d’alertes officiels de Rubin.

Né au Laboratoire de Physique de Clermont (CNRS, Université Clermont Auvergne) et au Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (CNRS, Université Paris Saclay, Université Paris Cité), Fink (photo de l’équipe à dr.) sera capable, en temps réel, de gérer le volume d’alertes sans précédent envoyées par l’Observatoire Rubin et de prévenir les scientifiques de tout changement notoire par rapport à des observations antérieures. Ce système devrait ainsi permettre de mieux comprendre les phénomènes transitoires (les objets du système solaire mais aussi les supernovae, les sursauts gamma, etc.).

Au-delà de ses prérogatives de système d’alertes traditionnel, l’un des objectifs majeurs de Fink est de construire une plateforme de référence pour l’étude du système solaire à l’ère des flux de données massifs.

« Fink présente l’avantage de filtrer par défaut les alertes qui concernent le système solaire pour ne pas polluer les autres champs scientifiques » poursuit Benoit Carry. « Ces alertes seront donc facilement accessibles par les astronomes et très intéressantes par exemple pour différencier les comètes des astéroïdes, ces fossiles du système solaire.» Et ainsi accélérer les connaissances sur la composition de l’Univers.

Contacts :
- Benoit Carry, astronome adjoint au Laboratoire Lagrange : benoit.carry@oca.eu
- Gaëlle Shifrin, responsable communication Rubin LSST France : gshifrin@in2p3.fr
2 février 2024
Rubin dévoilera les archives fossiles de l’évolution des amas de galaxies
Le télescope à déplacement rapide et l’énorme caméra numérique de l’observatoire Vera C. Rubin captureront la faible lueur des étoiles flottant librement dans les amas de galaxies, apportant un éclairage sans précédent sur l’évolution de ces structures dynamiques.

La lumière intra-amas, l’éclat collectif d’innombrables étoiles arrachées à leur galaxie d’origine et laissées à l’abandon dans le vaste espace intergalactique, est incroyablement faible et difficile à détecter. Le prochain relevé LSST sera le premier à fournir aux scientifiques les données pour détecter la lumière intra-amas dans des milliers d’amas de galaxies, révélant ainsi des indices sur l’histoire de l’évolution de l’Univers sur de grandes échelles.

Les galaxies, comme notre Voie lactée, sont des collections de milliards d’étoiles maintenues ensemble par la gravité. Parfois, les galaxies se regroupent en amas contenant des centaines, voire des milliers de galaxies. Ces amas de galaxies sont les plus grands objets de l’Univers qui sont maintenus ensemble par leur propre gravité et il leur faut des milliards d’années pour se former et évoluer. Si nous pouvions, d’une manière ou d’une autre, regarder leur évolution en accéléré, les interactions spectaculaires entre les galaxies seraient fascinantes. Mais il existe un moyen de lire l’histoire des amas de galaxies grâce à la population d’étoiles qui ont été arrachées à leurs galaxies d’origine et éparpillées dans les espaces entre les galaxies de l’amas. Ces étoiles émettent une lueur appelée lumière intra-amas, qui est au moins 1000 fois plus faible que le ciel nocturne le plus sombre que nous puissions percevoir avec nos yeux. En raison de sa faible luminosité, la lumière intra-amas est restée en grande partie cachée des télescopes et des caméras existantes. Mais grâce aux données du LSST de l’Observatoire Vera C. Rubin, qui débutera en 2025, les scientifiques seront en mesure d’observer cette lumière extrêmement faible comme jamais auparavant.

Au fil des millions d’années, lorsque les galaxies entrent en collision et fusionnent, la lumière intra-amas constitue un « registre fossile » des interactions dynamiques qu’un amas de galaxies a connues, offrant une mine d’informations sur la formation des amas et l’histoire de l’Univers à grande échelle.

« Les étoiles arrachées à leurs galaxies finissent par peupler l’espace entre les galaxies d’un amas. Ces étoiles sont comme la poussière libérée d’un morceau de craie lorsque vous écrivez sur un tableau noir », explique Mireia Montes, chargée de recherche à l’Instituto de Astrofísica de Canarias et membre de la Rubin/LSST Galaxies Science Collaboration (collaboration scientifique Rubin/LSST sur les galaxies). « En suivant la poussière de craie stellaire avec Rubin, nous espérons pouvoir lire les mots sur le tableau noir des amas de galaxies. »

Combien d’étoiles flottent librement au sein des amas de galaxies ? Comment sont-elles réparties dans les amas ? Les réponses à ces questions ne sont pas bien connues, car la lumière intra-amas a été très difficile à étudier jusqu’à présent. « Il y a tellement de choses que nous ne savons pas sur la lumière intra-amas », dit Mireia Montes. « L’intérêt de Rubin est qu’il va nous fournir de nombreux amas de galaxies que nous pourrons explorer. »

En plus d’étudier la lumière intra-amas pour obtenir des indices sur l’histoire des amas de galaxies, les scientifiques peuvent également l’utiliser pour mieux comprendre la substance insaisissable connue sous le nom de matière noire – une matière invisible qui n’émet ni ne réfléchit la lumière et qui se trouve en forte concentration au sein des amas de galaxies.

Rubin scrutera l’ensemble du ciel de l’hémisphère sud toutes les 3-4 nuits pendant dix ans à l’aide de la plus grande caméra numérique au monde, révélant la lumière intra-amas que, jusqu’à présent, les astronomes n’ont pu détecter que par des observations longues et ciblées d’un seul amas de galaxies à la fois. Au cours des dix années que durera le relevé, Rubin prendra des millions d’images haute résolution d’amas de galaxies lointains et les scientifiques seront en mesure d’empiler ces images pour obtenir les plus grandes images à très longue exposition jamais créées du ciel de l’hémisphère sud. Les images empilées donneront aux scientifiques plus d’amas de galaxies dont la lumière intra-amas est détectable dans chaque champ de vision qu’ils n’en ont eu au total jusqu’à présent. Ainsi, Rubin élargira le nombre d’amas de galaxies que nous pouvons étudier de quelques uns à des milliers, ce qui permettra à des chercheuses et chercheurs comme Mireia Montes d’analyser la faible lueur de la lumière intra-amas dans l’ensemble de l’Univers.

De l’évolution des amas de galaxies à la distribution de la matière noire, la lumière intra-amas fournit des indices importants sur la façon dont la structure à grande échelle de l’Univers s’est formée. « La lumière intra-amas peut sembler très petite et insignifiante, mais elle a de nombreuses implications », explique Mireia Montes. « Elle complète ce que nous savons déjà et ouvre de nouvelles fenêtres sur l’histoire de notre Univers. »

En France, une vingtaine de chercheurs et chercheuses étudieront les amas de galaxies à partir du relevé LSST. « Avec pour objectif principal de mieux comprendre les grandes structures de l’Univers » précise Marina Ricci, chercheuse en cosmologie observatoire à l’APC (CNRS, Université Paris Cité) et coordinatrice des recherches sur les amas de galaxies au sein de la collaboration Rubin LSST France. « Plusieurs groupes s’intéressent particulièrement aux méthodes de détection des amas et à la mesure de leur masse par effet de lentillage gravitationnel¹. »

Ces mesures nécessitent de mesurer avec grande précision la forme et la brillance des galaxies autour des amas. De plus, « pour pouvoir détecter les signaux diffus très faibles captés par LSST, comme la lumière intra-amas, on va devoir tester très finement nos méthodes de détection du signal et d’analyse d’images » explique Marina Ricci, « LSST va nous permettre de mieux comprendre la manière dont la matière noire, les galaxies et les étoiles évoluent ensemble au sein des amas. »

Passionnée par ces grandes structures, Marina Ricci rappelle que « les amas de galaxies sont les objets les plus massifs de l’Univers, mais aussi des objets extrêmement complexes. Ils sont très intéressants car ils nous permettent d’étudier de nombreux phénomènes astrophysiques. »

Lire le texte original en anglais

© RubinObs/NOIRLab/NSF/AURA/H. Stockebrand

L’Observatoire Rubin est une initiative conjointe de la National Science Foundation (NSF) et du Department of Energy (DOE) des États-Unis. Sa mission principale est de réaliser le relevé LSST, en fournissant un ensemble de données sans précédent pour la recherche scientifique soutenue par les deux agences. Rubin est exploité conjointement par le NOIRLab de la NSF et le SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC). NOIRLab est géré pour la NSF par l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) et SLAC est géré pour le DOE par l’Université de Stanford.

La France, au travers l’Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS, est partie prenante du projet. Hormis les groupes de recherche (allant de la théorie à l’analyse de données en passant par l’instrumentation), l’IN2P3 participe également au développement et à la construction de divers sous-systèmes de la caméra de l’observatoire Rubin et au système de traitement des images. Au total, neuf laboratoires de l’Institut et le centre de calcul sont directement impliqués dans ce projet, incluant une variété de profils (recherche, ingénierie, technique, administration) et une diversité de métiers (en mécanique, électronique ou encore informatique). L’IN2P3 est notamment partie prenante de la collaboration scientifique LSST DESC qui effectuera des mesures de haute précision des paramètres cosmologiques fondamentaux à l’aide des données LSST.

Liens utiles :
Contacts :
- Marina Ricci, chercheuse en cosmologie au laboratoire APC – ricci@apc.in2p3.fr
- Gaëlle Shifrin, responsable communication Rubin LSST France – gshifrin@in2p3.fr
1. La lentille gravitationnelle se produit lorsqu’un corps céleste massif, tel qu’un amas de galaxies, provoque une courbure suffisante de l’espace-temps pour que le trajet de la lumière autour de lui soit visiblement courbé, comme par une lentille. ↩︎
4 décembre 2023
Lever le voile sur le mystère de la matière noire et de l’énergie noire
Le relevé effectué par l’Observatoire Vera C. Rubin sera le plus profond et le plus vaste jamais réalisé. Il permettra de cartographier le ciel avec une précision encore jamais égalée.

Le relevé LSST (pour Legacy Survey of Space and Time) de l’Observatoire Rubin permettra aux scientifiques de cartographier la structure à grande échelle de l’Univers avec une précision inégalée. Grâce à son large champ de vision et à sa haute résolution, les infimes distorsions de la forme des galaxies causées par la matière noire seront détectables, ce qui permettra aux scientifiques de cartographier la matière noire et d’explorer le bras de fer cosmique qui l’oppose à l’énergie noire.

Tout ce que nous connaissons (les galaxies, les étoiles, les planètes, nos familles, nos amis et même nos animaux de compagnie) ne représente en effet que 5 % de l’Univers. Les 95 % restants sont constitués de composantes mystérieuses que les scientifiques appellent énergie noire (pour 68 %) et matière noire (pour 27 %). De quoi s’agit-il et comment influencent-elles la structure et l’évolution de l’Univers ? Des chercheurs comme Andrés Alejandro Plazas Malagón, chargé d’opération pour le projet Rubin au SLAC National Laboratory et d’activités de calibration et d’aide à la communauté scientifique à l’Observatoire Rubin, espèrent répondre à ces questions grâce au prochain relevé LSST. Grâce à son immense couverture du ciel et à sa capacité à détecter des objets peu lumineux, LSST fournira aux scientifiques l’énorme quantité de données nécessaires pour élucider ces mystères, et d’autres encore, de l’Univers.

Dans les années 1970, l’astronome américaine Vera C. Rubin a fourni les preuves les plus tangibles de l’existence d’une matière « noire » invisible dans l’Univers. Cette matière est qualifiée de « noire » parce que c’est à peu près tout ce que nous savons d’elle, en dehors de son influence gravitationnelle sur les étoiles et le gaz dans les galaxies. Il s’agit d’une substance dans l’Univers qui a une masse mais qui n’émet pas de lumière et ne la réfléchit pas. Cette matière invisible représente environ 80 % de l’ensemble de la matière et ses propriétés influent sur l’évolution de l’Univers, sa formation et la croissance des galaxies, ainsi que leur regroupement pour former de longs filaments qui constituent la structure que les scientifiques appellent la toile cosmique.

Mais on pourrait imaginer la structure à grande échelle de l’Univers comme un jeu de tir à la corde cosmique entre la matière noire et une force insaisissable connue sous le nom d’énergie noire. « On peut considérer que la matière noire cherche à construire les structures cosmiques, tandis que l’énergie noire essaie de les diluer et de les écarter« , explique Plazas Malagón. La plupart des scientifiques pensent que l’énergie noire est le moteur de l’expansion accélérée de l’Univers et que son comportement est décrit par un paramètre connu sous le nom de constante cosmologique. Cette explication fait l’objet d’un consensus car elle correspond aux données recueillies jusqu’à présent. Cependant, bien que la constante cosmologique soit actuellement un élément fondamental des équations qui décrivent l’Univers, les chercheurs tentent toujours de déterminer sa valeur exacte et de savoir si elle explique l’énergie noire.

Le calcul de la constante cosmologique, qui permet d’imposer des contraintes strictes aux équations décrivant l’Univers, est un effort qui se situe à l’avant-garde de la cosmologie. Le télescope Rubin va permettre d’effectuer des mesures plus précises de cette constante en ouvrant de nouvelles possibilités d’utilisation d’un effet appelé « lentille gravitationnelle faible » afin d’explorer l’interaction complexe entre la matière noire et l’énergie noire.

Les cosmologistes utilisent l’effet de lentille faible pour déduire l’agrégation de la matière en observant la façon dont sa gravité courbe la lumière. Mais contrairement à l’effet de lentille gravitationnelle forte, qui produit souvent de magnifiques arcs géants autour des amas de galaxies, l’effet de lentille faible produit des effets moins spectaculaires : de minuscules distorsions de la lumière provenant de galaxies lointaines. Si l’effet de lentille faible peut se produire à la périphérie d’un système de lentille forte, il existe aussi partout dans l’Univers, car la lumière des galaxies d’arrière-plan se fraye un chemin à travers les filaments de galaxies qui relient les amas et les superamas de galaxies, qu’on appelle la toile cosmique. « Si la lentille forte revient à regarder à travers le fond d’un verre à vin, la lentille faible revient à regarder à travers une grande fenêtre très subtilement déformée » explique Theo Schutt’s, doctorant à l’Université de Stanford et qui collabore avec Plazas Malagón.

Néanmoins, les distorsions des galaxies lointaines sont trop faibles pour être mesurées en observant une seule galaxie. Même avec des données provenant de milliers de galaxies, les scientifiques ne peuvent pas dire si les formes observées des galaxies prises individuellement sont leurs formes réelles ou si elles ont été déformées par un faible effet de lentille. Pour véritablement saisir cet effet de lentille faible, ils ont besoin d’un grand ensemble de données pour calculer la distorsion collective sur l’ensemble du ciel observable. Grâce à sa capacité à observer d’immenses zones du ciel tout en étant capable de voir des galaxies très faibles et lointaines, Rubin sera le premier observatoire de l’histoire à fournir des données non pas sur des millions, mais sur des milliards de galaxies.

L’Observatoire Rubin sera un instrument de premier plan pour l’astronomie et l’astrophysique de pointe lorsqu’il sera opérationnel en 2025. Grâce à un télescope de 8,4 mètres équipé de la plus grande caméra numérique au monde, il scrutera l’ensemble du ciel de l’hémisphère sud deux fois par semaine pendant dix ans, offrant ainsi la vue la plus complète de l’Univers que nous ayons jamais obtenue. L’Observatoire Rubin est financé conjointement par la National Science Foundation (NSF) et le département américain de l’énergie (DOE). Rubin est un programme du NOIRLab de la NSF, qui, avec le SLAC National Accelerator Laboratory, exploitera Rubin.

Les relevés actuels, tels que le Dark Energy Survey, le Hyper Suprime Cam et le Kilo-Degree Survey, permettent déjà d’élucider certains des mystères de la matière noire et de l’énergie noire. Mais il y a un choix à faire, explique Plazas Malagón, entre un relevé large et un relevé profond, imposé par des facteurs tels que la taille de la caméra et sa résolution. La caméra LSST de l’Observatoire Rubin possède un champ de vision large et une haute résolution inégalés qui permettent aux astronomes et aux astrophysiciens de bénéficier du meilleur des deux mondes. En fait, l’Observatoire Rubin a été conçu dès le départ pour aider les scientifiques à cartographier la matière noire dans l’Univers en utilisant la lentille gravitationnelle de milliards de galaxies lointaines.

« Avec Rubin, nous allons tout avoir« , a déclaré Plazas Malagón. « Nous allons mesurer les propriétés d’un bien plus grand nombre de galaxies que ce dont nous disposons actuellement, ce qui nous donnera la puissance statistique nécessaire pour utiliser la lentille faible afin de cartographier la distribution de la matière noire et d’étudier l’évolution de l’énergie noire dans le temps. »

Il est également possible que Rubin apporte de nouvelles preuves d’autres explications des phénomènes observés dans notre Univers, au-delà des théories les plus courantes de la matière noire et de l’énergie noire. « L’énergie noire est un concept qui est bien décrit par la théorie de la gravité d’Einstein, la relativité générale, sur laquelle il y a un consensus« , a déclaré Plazas Malagón « mais Rubin et le LSST nous permettront également d’explorer des alternatives à cette théorie, ce qui est également extrêmement intéressant.«

Plus d’informations
L’Observatoire Rubin est une initiative conjointe de la National Science Foundation (NSF) et du Département de l’Energie américain (DOE). Sa mission principale est de réaliser le relevé LSST, en fournissant un ensemble de données sans précédent pour la recherche scientifique soutenue par les deux agences. Rubin est exploité conjointement par le NOIRLab de la NSF et le SLAC National Accelerator Laboratory (SLAC). NOIRLab est géré pour la NSF par l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) et SLAC est géré pour le DOE par l’Université de Stanford. Nous remercions également un certain nombre d’organisations et d’équipes internationales pour leurs contributions supplémentaires.

Lien vers le texte original (en anglais)

L’étude de la matière noire et de l’énergie noire est au coeur du programme de cosmologie de l’IN2P3 car elle soulève des questions fondamentales en physique : existence de nouvelles particules, modifications de la théorie de la gravité, etc. L’implication de l’IN2P3 dans LSST s’appuie sur les travaux pionniers des équipes de l’institut sur les supernovae de type Ia et les oscillations acoustiques des baryons.

Les effets de la structure à grande échelle de l’Univers sur la lumière des galaxies lointaines. ©Rubin Observatory/NSF/AURA/J. Pinto

L’énergie noire agit, avec la matière noire, sur la formation des grandes structures de l’Univers observables par l’effet de lentille gravitationnelle. Parallèlement à l’observation des supernovae, c’est donc un deuxième champ d’investigation qui s’ouvre aux équipes de l’IN2P3. Combiné à la lumière de l’univers lointain, il permettra de dresser un tableau cosmologique complet, grâce à la profondeur et à la couverture du ciel sans précédent du relevé LSST. “Les chercheuses et chercheurs de l’IN2P3 s’attèlent à préparer l’analyse des données massives du LSST, ce qui n’est déjà pas une mince affaire mais aussi à combiner les résultats venus des différentes sondes cosmologiques analysées (lentilles, supernovae, amas de galaxies, etc) explique Cyrille Doux, chercheur au LPSC (CNRS, Université Grenoble Alpes) et adjoint scientifique de Rubin-LSST France, “c’est ce croisement qui permettra véritablement de mieux comprendre à la fois la matière et l’énergie noires !” L’IN2P3 est notamment partie prenante de la collaboration scientifique LSST DESC qui effectuera des mesures de haute précision des paramètres cosmologiques fondamentaux à l’aide des données LSST. Hormis les groupes de recherche (allant de la théorie à l’analyse de données en passant par l’instrumentation), l’IN2P3 participe également au développement et à la construction de divers sous-systèmes de la caméra de l’observatoire Rubin et au système de traitement des images. Au total, neuf laboratoires de l’Institut et le centre de calcul sont directement impliqués dans ce projet incluant une variété de profils (chercheurs, ingénieurs, techniciens, administratifs) et une diversité de métiers (mécaniciens, électroniciens ou encore ingénieurs en informatique).

Contacts :
- Cyrille Doux, adjoint scientifique de Rubin-LSST France : cyrille.doux@lpsc.in2p3.fr
- Gaëlle Shifrin, responsable communication LSST France : gshifrin@in2p3.fr
19 octobre 2023
La remise du Cristal collectif LSST en images

Lundi 22 novembre avait lieu la cérémonie des Talents CNRS de la délégation Paris Centre. Lors de cette cérémonie qui s’est déroulée en ligne (voir le replay ici ), un Cristal collectif CNRS a été décerné à Patrick Breugnon (CPPM), Véronique Criart (LPNHE), Hervé Croizet (LPC), Guillaume Daubard (LPNHE), Fabrice Gallo (CPPM), Claire Juramy (LPNHE), Pierre Karst (CPPM), Éric Lagorio (LPSC), Didier Laporte (LPNHE), Aurélien Marini (CPPM), Francis Vezzu (LPSC) et Françoise Virieux (APC) pour leur contribution à la construction du changeur de filtres qui viendra équiper la caméra LSST. Retour en images sur cette célébration.

Système mécanique unique, le changeur de filtres est le résultat d’un travail collaboratif entre cinq laboratoires de l’IN2P3 pendant plus de dix ans et a nécessité l’expertise technique de plus d’une trentaine de personnes issues de différents corps de métiers. Ce Cristal collectif méritait bien d’être célébré dignement afin de saluer le travail accompli des douze médaillés mais aussi de l’ensemble des équipes impliquées dans ce projet. Ce fut chose faite avec un événement qui a démarré avec une démonstration du prototype du changeur de filtres dans le hall de montage du LPNHE. Le changeur de filtres étant actuellement au SLAC national laboratory (en Californie) en phase d’intégration à la caméra avant son installation au Chili, le prototype servira à corriger les éventuels bugs techniques du système. La célébration du Cristal s’est poursuivie au sommet de la Tour Zamansky avec une réception en présence de Reynal Pain, directeur de l’IN2P3, Steve Kahn, directeur de l’Observatoire Rubin, et des participants aux journées Rubin-LSST France qui avaient lieu au LPNHE cette semaine là.

Pour en savoir plus sur la construction du changeur de filtres LSST, retrouvez cet article et le fil twitter dédié.

Neuf des douze médaillés ont pu assister à la remise du Cristal CNRS.
© DR Paris Centre / CNRS

Hervé Croizet du LPC qui a travaillé sur le banc de montage du changeur, aux côtés d’Emmanuel Gangler, responsable scientifique du projet.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

L’équipe du LPNHE qui a construit le carrousel du changeur de filtres et hébergé l’assemblage des éléments.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

L’équipe LPSC qui a construit le loader qui permet de charger les filtres optiques dans le système.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

L’équipe APC en charge du logiciel de control-command du changeur de filtres.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

L’équipe du CPPM qui a construit l’autochangeur qui permet de disposer les filtres devant le capteur de la caméra LSST.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

De g. à d. : Francis Vezzu (LPSC), Didier Laporte (LPNHE), Patrick Breugnon (CPPM) aux côtés de Pierre Karst (CPPM), responsable technique du changeur de filtres LSST.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

Françoise Virieux (APC), qui a développé le système de control-command, Claire Juramy, experte en développement d’expérimentation au LPNHE, et Véronique Criart, qui a assuré le suivi des achats mission et transport lié à ce projet au LPNHE.
© Gaëlle Shifrin / IN2P3 CNRS

Emmanuel Gangler, responsable scientifique du projet Rubin-LSST France, et Reynald Pain, directeur de l’IN2P3.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

Steve Kahn, directeur de l’Observatoire Rubin, était présent pour cette célébration.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

Reynald Pain, directeur de l’IN2P3, a félicité les lauréats et souligné l’importance des équipés techniques dans la construction des grands instruments scientifiques.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

Le fameux Cristal CNRS.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

Les médailles décernées à chacun(e) des lauréat(e)s.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

Un album-photo retraçant la construction du changeur a été spécialement conçu pour l’occasion.
© Marion Aulas / IN2P3 CNRS

29 novembre 2021