Des milliers d’autres lentilles potentielles attendent d’être évaluées


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  • Plus tôt cette année, un algorithme d’apprentissage automatique a identifié jusqu’à 5 000 lentilles gravitationnelles potentielles qui pourraient transformer notre capacité à tracer l’évolution des galaxies depuis le Big Bang.

    Maintenant, l’astronome Kim-Vy Tran d’ASTRO 3D et de l’UNSW Sydney et ses collègues ont évalué 77 des lentilles à l’aide de l’observatoire Keck à Hawai’i et du Very Large Telescope au Chili. Elle et son équipe internationale ont confirmé que 68 des 77 sont de fortes lentilles gravitationnelles couvrant de vastes distances cosmiques.

    Ce taux de réussite de 88 % suggère que l’algorithme est fiable et que nous pourrions avoir des milliers de nouvelles lentilles gravitationnelles. À ce jour, les lentilles gravitationnelles sont difficiles à trouver et seules une centaine sont couramment utilisées.

    L’article de Kim-Vy Tran publié aujourd’hui dans l’Astronomical Journal présente la confirmation spectroscopique de lentilles gravitationnelles fortes précédemment identifiées à l’aide de réseaux de neurones convolutifs, développés par le scientifique des données Dr Colin Jacobs d’ASTRO 3D et de l’Université de Swinburne.

    Le travail fait partie de l’enquête ASTRO 3D Galaxy Evolution with Lenses (AGEL).

    « Notre spectroscopie nous a permis de cartographier une image 3D des lentilles gravitationnelles pour montrer qu’elles sont authentiques et pas simplement une superposition fortuite », explique l’auteur correspondant, le Dr Tran du Centre d’excellence ARC pour l’astrophysique du ciel en 3 dimensions (ASTRO3D) et l’Université de NSW (UNSW).

    « Notre objectif avec AGEL est de confirmer par spectroscopie environ 100 lentilles gravitationnelles fortes qui peuvent être observées depuis les hémisphères nord et sud tout au long de l’année », dit-elle.

    L’article est le résultat d’une collaboration à travers le monde avec des chercheurs d’Australie, des États-Unis, du Royaume-Uni et du Chili.

    Le travail a été rendu possible par le développement de l’algorithme de recherche de certaines signatures numériques.

    « Avec cela, nous avons pu identifier plusieurs milliers de lentilles par rapport à quelques poignées », explique le Dr Tran.

    La lentille gravitationnelle a été identifiée pour la première fois comme un phénomène par Einstein qui a prédit que la lumière se courbe autour d’objets massifs dans l’espace de la même manière que la lumière se courbe en passant à travers une lentille.

    Ce faisant, il agrandit considérablement les images de galaxies que nous ne pourrions pas voir autrement.

    Alors qu’il a été utilisé par les astronomes pour observer des galaxies lointaines pendant longtemps, trouver ces loupes cosmiques en premier lieu a été aléatoire.

    « Ces lentilles sont très petites, donc si vous avez des images floues, vous ne pourrez pas vraiment les détecter », explique le Dr Tran.

    Bien que ces lentilles nous permettent de voir plus clairement des objets situés à des millions d’années-lumière, elles devraient également nous permettre de « voir » la matière noire invisible qui constitue la majeure partie de l’Univers.

    « Nous savons que la majeure partie de la masse est sombre », explique le Dr Tran. « Nous savons que la masse fait plier la lumière et donc si nous pouvons mesurer la quantité de lumière qui est courbée, nous pouvons alors en déduire la quantité de masse qui doit être là. »

    Avoir beaucoup plus de lentilles gravitationnelles à différentes distances nous donnera également une image plus complète de la chronologie remontant presque au Big Bang.

    « Plus vous avez de loupes, plus vous avez de chances d’essayer d’étudier ces objets plus éloignés. Espérons que nous pourrons mieux mesurer la démographie des très jeunes galaxies », déclare le Dr Tran.

    « Ensuite, quelque part entre ces premières galaxies très précoces et nous, il y a beaucoup d’évolution qui se produit, avec de minuscules régions de formation d’étoiles qui convertissent le gaz vierge en les premières étoiles du soleil, la Voie lactée.

    « Et donc, avec ces lentilles à différentes distances, nous pouvons regarder différents points de la chronologie cosmique pour suivre essentiellement comment les choses changent au fil du temps, entre les toutes premières galaxies et maintenant. »

    L’équipe du Dr Tran s’est étendue sur le monde, chaque groupe apportant une expertise différente.

    « Pouvoir collaborer avec des gens, dans différentes universités, a été si crucial, à la fois pour mettre en place le projet en premier lieu, et maintenant pour continuer avec toutes les observations de suivi », dit-elle.

    Le professeur Stuart Wyithe de l’Université de Melbourne et directeur du Centre d’excellence ARC pour l’astrophysique du ciel en 3 dimensions (Astro 3D) affirme que chaque lentille gravitationnelle est unique et nous apprend quelque chose de nouveau.

    « En plus d’être de beaux objets, les lentilles gravitationnelles offrent une fenêtre pour étudier comment la masse est distribuée dans des galaxies très éloignées qui ne sont pas observables via d’autres techniques. En introduisant des moyens d’utiliser ces nouveaux grands ensembles de données du ciel pour rechercher de nombreuses nouvelles lentilles gravitationnelles , l’équipe ouvre la possibilité de voir comment les galaxies obtiennent leur masse », dit-il.

    Le professeur Karl Glazebrook de l’Université de Swinburne et le co-responsable scientifique du Dr Tran sur l’article ont rendu hommage au travail qui avait précédé.

    « Cet algorithme a été mis au point par le Dr Colin Jacobs à Swinburne. Il a passé au crible des dizaines de millions d’images de galaxies pour réduire l’échantillon à 5 000. Nous n’avions jamais imaginé que le taux de réussite serait si élevé », dit-il.

    « Maintenant, nous obtenons des images de ces lentilles avec le télescope spatial Hubble, elles vont d’une beauté à couper le souffle à des images extrêmement étranges qui nous demanderont des efforts considérables pour comprendre. »

    Le professeur agrégé Tucker Jones de l’UC Davis, un autre responsable co-scientifique de l’article, a décrit le nouvel échantillon comme « un pas de géant dans l’apprentissage de la formation des galaxies au cours de l’histoire de l’Univers ».

    « Normalement, ces premières galaxies ressemblent à de petites taches floues, mais le grossissement de la lentille nous permet de voir leur structure avec une bien meilleure résolution. Ce sont des cibles idéales pour nos télescopes les plus puissants afin de nous donner la meilleure vue possible de l’univers primitif », dit-il. .

    « Grâce à l’effet de lentille, nous pouvons apprendre à quoi ressemblent ces galaxies primitives, de quoi elles sont faites et comment elles interagissent avec leur environnement. »

    L’étude a été menée en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud, de l’Université de technologie de Swinburne, de l’Université nationale australienne, de l’Université Curtin et de l’Université du Queensland en Australie, de l’Université de Californie à Davis aux États-Unis, de l’Université de Portsmouth, au Royaume-Uni, et l’Université du Chili.

    L’ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) est un centre de recherche d’excellence de 40 millions de dollars financé par l’Australian Research Council (ARC) et six universités australiennes collaboratrices – l’Université nationale australienne, l’Université de Sydney, L’Université de Melbourne, l’Université de technologie de Swinburne, l’Université d’Australie-Occidentale et l’Université Curtin.

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