The DESI DR1 Peculiar Velocity Survey: Fundamental Plane Catalogue
Cet article présente le plus grand ensemble de mesures de vitesses particulières à faible décalage vers le rouge à ce jour, dérivé d'un catalogue de Plan Fondamentale de 98 292 galaxies de type précoce dans le DESI DR1, ce qui double le nombre total de ces distances disponibles et atteint une précision de 26 % dans les mesures de distance.
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L'univers est en expansion, un fait établi depuis près d'un siècle. Mais le taux de cette expansion n'est pas le même partout, et n'est pas parfaitement uniforme. Les galaxies ne se contentent pas de s'éloigner avec le flux cosmique ; elles possèdent également leurs propres mouvements locaux, attirées par la gravité des amas voisins et repoussées par les vides qui les séparent. Ces mouvements locaux sont appelés vitesses particulières. En mesurant la vitesse à laquelle une galaxie se déplace vers nous ou s'en éloigne, au-delà de l'expansion générale, les astronomes peuvent cartographier la toile invisible de matière noire qui façonne notre voisinage cosmique. Cette carte est cruciale car elle aide les scientifiques à vérifier si notre compréhension actuelle de l'univers, y compris la force mystérieuse qui conduit son expansion accélérée, connue sous le nom d'énergie noire, est correcte. Pour ce faire, les chercheurs ont besoin d'un moyen de mesurer à la fois la distance réelle d'une galaxie et sa vitesse. Si la vitesse est relativement facile à déterminer grâce à la couleur de la lumière, trouver la distance réelle est notoirement difficile, nécessissant une « règle » fiable capable de fonctionner sur de vastes étendues de l'espace.
Une équipe d'astronomes a maintenant créé la plus grande collection unique de mesures de vitesses particulières jamais assemblée, en utilisant les données de l'Instrument de Spectroscopie de l'Énergie Noire, ou DESI. Cet instrument, monté sur un télescope en Arizona, capture la lumière de millions de galaxies. Les chercheurs se sont concentrés sur un type spécifique de galaxies appelées galaxies de type précoce, qui sont généralement vieilles, rouges et façonnées comme des ellipsoïdes lisses. Pour ces galaxies, il existe une relation fiable entre trois propriétés observables : la vitesse à laquelle les étoiles à l'intérieur se déplacent dans des directions aléatoires, la luminosité moyenne apparente de la galaxie, et la taille qu'elle semble avoir dans le ciel. Cette relation, connue sous le nom de Plan Fondamental, agit comme une règle cosmique. Comme la vitesse interne des étoiles et la luminosité moyenne ne changent pas en fonction de la distance de la galaxie, les astronomes peuvent utiliser ces propriétés pour calculer la taille physique réelle de la galaxie. En comparant cette taille réelle à la taille que la galaxie présente pour nous, ils peuvent déterminer exactement à quelle distance elle se trouve.
L'article présente un catalogue contenant ces mesures de distance et de vitesse pour 98 292 galaxies uniques. Ce nombre représente un doublement de toutes les mesures de distance par le Plan Fondamental qui aient jamais été enregistrées pour les galaxies de notre univers local. Les chercheurs y sont parvenus en sélectionnant soigneusement les galaxies de la première année d'opérations de DESI, en filtrant les étoiles et autres objets qui pourraient fausser les mesures, et en s'assurant que la lumière de chaque galaxie était capturée avec une haute précision. Ils ont ensuite mesuré la vitesse des étoiles à l'intérieur de chaque galaxie et ont combiné cela avec la luminosité et la taille de la galaxie pour calculer sa distance. Le processus a impliqué des vérifications rigoureuses pour s'assurer que les données étaient propres, éliminant toute galaxie où les mesures étaient incertaines ou bien où la lumière pourrait être déformée par la poussière ou des images superposées. Le résultat final est un ensemble de données où la distance de chaque galaxie est connue avec une incertitude d'environ 26 %, un niveau de précision comparable aux études précédentes, beaucoup plus réduites.
L'un des aspects les plus significatifs de ce travail est l'échelle et l'homogénéité de l'échantillon. Les études précédentes combinaient souvent des données provenant de nombreux télescopes et méthodes différents, ce qui pouvait introduire des incohérences subtiles. En revanche, ce catalogue entier provient d'un seul instrument utilisant une seule méthode, ce qui réduit la probabilité d'erreurs cachées. Les chercheurs ont également vérifié les problèmes systématiques, tels que le fait de savoir si les mesures changeaient en fonction de l'endroit où la galaxie était située dans le ciel ou si la galaxie avait été observée pendant des nuits de pleine lune plutôt que des nuits sombres. Ils ont constaté que leurs mesures étaient cohérentes à travers le ciel et que les petites différences entre les temps d'observation pouvaient être corrigées. Ils ont également comparé leurs résultats avec un catalogue existant et complet de distances de galaxies appelé CosmicFlows-4 et ont constaté que les deux ensembles de données concordaient bien, validant ainsi leur approche.
La carte résultante des vitesses particulières montre que l'univers local n'est pas statique. Les mesures révèlent un léger flux global de galaxies se déplaçant dans une direction spécifique, cohérent avec l'attraction gravitationnelle de structures massives à proximité. Bien que les mesures individuelles de vitesse pour une seule galaxie comportent une marge d'erreur importante, le grand nombre de galaxies dans le catalogue permet aux scientifiques de voir clairement l'image globale. Les données confirment qu'il n'y a pas d'accélération ou de décélération étrange dans le flux des galaxies à mesure que l'on regarde plus loin, ce qui soutient les modèles actuels de l'expansion de l'univers. Ce nouveau catalogue sert de fondation à une série d'études compagnes qui utiliseront ces distances pour mesurer le taux d'expansion de l'univers et le taux de croissance des structures cosmiques avec une précision sans précédent. En fournissant un ensemble massif et cohérent de mesures de distances locales, ce travail offre un nouvel outil puissant pour tester les lois fondamentales qui régissent le cosmos.
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