Une gigantesque carte de l’Univers révèle des phénomènes invisibles dans l’espace

Les lentilles gravitationnelles sont des phénomènes prédits par la relativité générale, dans lesquels la gravité d’un objet massif courbe l’espace-temps et dévie la lumière provenant d’objets plus éloignés. Cet effet peut agrandir, déformer ou produire plusieurs images d’une même source, agissant ainsi comme une lentille naturelle.

La matière noire est l’un des éléments qui peuvent être étudiés grâce aux lentilles gravitationnelles. Sa distribution peut être analysée, car la déviation de la lumière dépend de la masse totale présente le long de la ligne de visée, y compris la matière noire. La cartographie de ces distorsions permet ainsi d’estimer les régions où cette matière se concentre.

Grâce aux données du DESI Legacy Imaging Surveys et à l’intelligence artificielle, une équipe internationale a identifié 70 nouvelles lentilles gravitationnelles. Ce relevé rassemble des images de vastes régions du ciel et permet de repérer les alignements entre les galaxies jouant le rôle de lentilles et les sources plus éloignées.

Les lentilles gravitationnelles

Les lentilles gravitationnelles sont des phénomènes prédits par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, selon laquelle les objets massifs déforment l’espace-temps et dévient la trajectoire de la lumière. Lorsqu’une galaxie ou un amas de galaxies se trouve aligné entre la Terre et un objet lointain, sa gravité amplifie, déforme ou multiplie l’image de la source lumineuse.

Il existe différentes configurations de lentilles gravitationnelles, selon la masse de l’objet, la distance entre les corps célestes et leur alignement. L’analyse de ces distorsions permet d’estimer la masse de l’objet qui joue le rôle de lentille, y compris la contribution de la matière noire.

La collaboration DESI

Le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) est un instrument conçu pour cartographier la distribution tridimensionnelle de millions de galaxies et de quasars. Le DESI Legacy Imaging Surveys, utilisé pour rechercher des lentilles gravitationnelles, rassemble des images optiques et dans le proche infrarouge de vastes régions du ciel.

Les distorsions de la lumière révèlent la masse totale d’un système, y compris la matière noire. Comme cette matière n’émet ni n’absorbe de lumière, sa distribution doit être déduite de ses effets sur la matière visible et sur la géométrie de l’espace-temps.

La plus grande carte 2D

La plus grande carte bidimensionnelle de l’Univers rassemble 5 600 milliards de pixels et près de 4 milliards d’objets célestes. Elle a été réalisée à partir des données de trois relevés astronomiques terrestres, complétées par des observations infrarouges. La combinaison d’images profondes couvrant de vastes régions du ciel a permis de constituer une immense base de données.

Pour repérer ces lentilles, les chercheurs ont utilisé des réseaux de neurones, des modèles d’apprentissage automatique entraînés à reconnaître des motifs dans les images. Ce modèle a permis de sélectionner les candidats les plus prometteurs et d’accélérer l’identification des systèmes. Les résultats ont ensuite été soumis à des observations au télescope.

Les lentilles gravitationnelles confirmées

La recherche menée à l’aide de l’intelligence artificielle a permis d’identifier 76 lentilles gravitationnelles potentielles dans les images du DESI Legacy Imaging Surveys, mais cette première classification devait être confirmée par des observations complémentaires. Pour vérifier chaque système, les astronomes ont déterminé les distances des objets concernés.

L’équipe a utilisé l’instrument MUSE pour analyser les candidats. MUSE utilise la spectroscopie, une technique qui permet d’enregistrer un spectre pour chaque région de l’image, en combinant des informations spatiales et spectrales. Au total, 70 des 76 candidats ont été confirmés comme étant des lentilles gravitationnelles.