DS10 - Défi des autres savoirs

Sondes cosmologiques de la gravitation et de l'énergie noire – eBOSS

eBOSS : Sondes cosmologiques de la gravitation et de l'énergie noire

eBOSS mesure l'histoire de l'expansion cosmique avec les oscillations acoustiques baryoniques (BAO) pour des redshifts de 0,6 à 3,5. Il s'agit d'un relevé spectroscopique de 6 ans des galaxies rouges, des galaxies formant des étoiles et des quasars couvrant environ 7000 deg2. Il sonde l'Univers lorsqu'il passe de la domination de la matière noire à l'énergie noire. eBOSS étudie aussi la croissance des structures, fournissant ainsi des tests de la Relativité Générale à des échelles cosmologiques.

BAO avec les quasars and leur forêts Ly-a - Lentillage Galaxie-Galaxie - Vides cosmiques

La stratégie de ce projet est de se concentrer sur quatre sujets directement liés à l'étude de l'énergie noire et la gravitation. Le premier sujet, BAO et la distorsion dans l'espace des redshifts (RSD) avec des quasars, constitue le coeur de la science d'eBOSS. Le deuxième thème, les forêts Lya des quasars, représente l'expertise principale du French Participation Group (FPG), le groupe le plus fort dans ce domaine. Le troisième thème, le clustering et le lentillage croisée des galaxies, est innovant dans eBOSS. Enfin, le dernier sujet, les vides cosmiques qui peuvent être étudiés à la fois avec les galaxies et la forêt de Lya, nous permet de sonder la gravité dans les régions sous-denses. Dans le choix de ces quatre thèmes pour notre projet, nous avons mélangé des sujets sûrs avec une grande visibilité et des approches originales avec un large potentiel de découverte.

Nous structurons notre effort autour de 3 pôles géographiques, pilotés par 4 projets scientifiques comme expliqué dans le résumé précédent, et correspondant à un recrutement d'un post-doc par pôle:
- Pôle de Saclay (IRFU): Bénéficiant de l'expérience du groupe de Saclay dans la sélection des cibles de quasar (QSO), le post-doc étudie le clustering des quasars afin de mesurer à la fois les BAO et les RSD. A la fin de son projet, le post-doc testera d'autres modèles de gravité modifiée.
- Pôle intra-muros de Paris (APC, IAP et LPNHE): Le post-doc travaille sur les absorbeurs dans les spectres QSO. L'objectif principal sera de mesurer la BAO avec l'autocorrélation de la forêt Lya ou la corrélation croisée avec d'autres traceurs (QSO, DLA, absorbeur C-IV ...). Une petite fraction du projet du post-doc sera consacrée à l'étude des vides cosmiques dans les forêts Lya.
- Pôle de Marseille (LAM et CPPM): Le post-doc étudie le clustering et la lentillage faible avec les échantillons ELG et LRG. Parallèlement, le post-doc effectuera une analyse conjointe des vides cosmiques, du RSD et des tests d'Alcock-Paczynski.

En outre, nous encourageons les activités transversales. Par exemple, deux pôles distincts (groupes Paris / Marseille) couvrent les thèmes «absorbeurs dans les spectres QSO» et «étude des vides cosmiques». L'objectif de ce projet est de développer de nouvelles collaborations entre scientifiques français et de renforcer la synergie entre groupes français géographiquement dispersés. Les recrutements des post-doc offrent l'opportunité de favoriser ou d'améliorer les collaborations entre les groupes français.

Nous rédigeons ce résumé, un an et demi après le début du projet et nous avons déjà des résultats substantiels en termes d'organisation et toute la structure organisationnelle proposée dans le projet ANR est établie.
Nous avons déjà organisé trois ateliers e-BOSS France (deux à Paris et un à Marseille). Ces rencontres permettent aux doctorants et aux post-doctorants de présenter le statut de leurs travaux. Ce sont également des opportunités de lancer des actions communes, telles que la préparation d'articles, la validation des catalogues de quasars, la préparation de simulations à N-corps pour les ELG et les QSO. Les participants au-delà de eBOSS sont invités à ces ateliers, ce qui nous permet de partager notre expérience avec les membres de futurs projets, tels que DESI, CFIS et Euclid.
En décembre 2018 ou début 2019, nous organiserons une réunion de collaboration eBOSS en France. Ce sera l'occasion pour toute la communauté française travaillant dans le domaine de la cosmologie d'avoir des discussions face à face avec d'autres spécialistes de la science des quasar, des galaxies et du clustering. L'organisation de cette réunion eBOSS contribuera également à la visibilité internationale du FPG.
Enfin, nous avons presque terminé le recrutement des post-docs et tous les groupes de travail sont en place.

eBOSS explore une «terra incognita» complète de la cosmologie, explorant l'expansion de l'Univers dans la période de transition entre les régimes dominants de la matière noire et de l'énergie sombre. Aucun autre projet n'a été réalisé auparavant avec une aussi grande couverture (7500 deg2) à cette époque de l'histoire de l'Univers (il y a 5-11 milliards d'années). Il n'y a pas de concurrent à eBOSS et la prochaine génération de projets BAO n'aura pas lieu avant au moins 2020 avec les deux projets DESI et Euclid.
Complétant la mesure de l'échelle BAO, les autres objectifs cosmologiques d'eBOSS incluent des mesures de la masse totale de neutrinos issues de l'analyse des forêts Ly-a, des études des distorsions spatiales redshift (RSD), qui nous montrent comment les galaxies se déplacent en réponse à la gravité ) et les mesures de lentilles gravitationnelles faibles (qui nous indiquent comment les objets massifs courbent le chemin de la lumière). Ces deux méthodes peuvent non seulement mesurer l'énergie noire, mais peuvent également tester indépendamment les déviations de la théorie de la gravité d'Einstein.
en outre, de nouvelles sondes novatrices de la cosmologie et de l'astrophysique émergent, telles que l'étude des vides cosmiques. eBOSS fournit à la fois de grands échantillons pour tester ce concept prometteur, et aussi des cibles rares pour tester la physique fondamentale, permettant, par exemple de contraindre des constantes fondamentales de la physique.
Enfin, au-delà des domaines de recherche en cosmologie, eBOSS a un impact énorme sur la physique des quasars avec plus de 750 000 quasars à découvrir (soit 3 fois plus que ce que l'on ne connaît actuellement) et ouvre le nouveau champ de recherche de la spectroscopie dépendant du temps avec le programme TDSS (Time Domain Spectroscopic Survey), qui observera plus de 50 000 objets variables.

Les données du SDSS ont été mises à la disposition de la communauté scientifique et du grand public grâce à des publications de données planifiées et soutenues. Ces données publiées ont été documentées de manière exhaustive, permettant aux utilisateurs extérieurs à la collaboration SDSS d'exploiter tout le potentiel scientifique de la base de données SDSS, multipliant ainsi sa productivité scientifique. Les données SDSS sont maintenant considérées comme une ressource publique indispensable en astronomie.
Pour eBOSS, nous continuons cette pratique avec plusieurs versions de données publiques. En particulier, notre groupe est responsable des sorties du catalogue, Value-Added Catalog, (VAC) pour les quasars. Le premier nouveau VAC, DR14Q, a été rendu public au cours de l'été 2017.
Avec ce premier catalogue, nous avons déjà publié de nombreux articles sur la mesure des échelles BAO et la croissance des structures (RSD) avec les quasars. Notre groupe dirigeait plusieurs de ces articles fondamentaux. Avant la fin de ce projet, nous attendons beaucoup d'autres publications avec les autres traceurs de la matière, utilisés dans eBOSS.

Les indications de l'accélération de l'expansion de l'Univers se sont accumulées au cours de la dernière décennie grâce aux observations des SNIa, des anisotropies du fond diffus cosmologique, et de l'étude des structures à grande échelle de l'Univers. Cette accélération pourrait être due à une nouvelle composante énergétique appelée "énergie noire", qui n'est ni matière ni rayonnement.

Cette accélération cosmique pourrait aussi être le signe que la théorie d'Einstein de la gravitation ne tient plus aux échelles cosmologiques, ce qui aurait des conséquences importantes sur notre compréhension des lois de l’Univers. En comparant, l’évolution de l’expansion de l’Univers et la croissance de ses structures on pourra tester de nouvelles théories de la gravitation.

Les oscillations baryoniques acoustiques (BAO) permettent d’étudier cette énergie noire. En effet, les ondes qui se propageaient dans l’univers primordial ont été gelées à la recombinaison. Elles restent gravées dans la distribution de matière observée de nos jours, définissant une échelle caractéristique. Celle-ci a été mesurée pour la première fois en 2005 par le Sloan Digital Sky Survey (SDSS), dans la distribution de 50000 galaxies rouges très lumineuses (LRG) et par le relevé 2dFGRS. Les récents résultats de BOSS (SDSS-III) confirment sans ambiguïté l’existence des BAO avec le même type de galaxies. Enfin, les BAO viennent d’être aussi observées dans les forêts Ly-alpha des quasars par le FPG, le groupe français de SDSS. En outre, les galaxies utilisées pour l’étude des BAO permettent également des mesures de la croissance des structures par l'intermédiaire des distorsions observées dans l’espace des redshifts (RSD). Il s’agit d’une anisotropie mesurée statistiquement dans le regroupement des galaxies qui est due à la vitesse particulière de ces galaxies.

Depuis Septembre 2014, eBOSS (Extended Baryon Survey spectroscopique Oscillation), projet de six ans de SDSS-IV, construit la plus grande carte 3D de l'Univers jamais faite auparavant. eBOSS va répondre à des questions fondamentales dans des régimes de redshift inexplorées. Cette région en redshift de 1 <z <2.2 correspond ainsi à l'époque où l'expansion de l’Univers est passée d'une phase de décélération à une phase d’accélération, c’est à dire quand l'Univers a commencé à migrer de la matière noire vers l'énergie noire. Avec environ 1,5 millions de galaxies et 0,7 millions de quasars, eBOSS étudiera donc cette expansion dans toute la gamme de redshifts de 0,6 à 3,5 et il fournira de nouveaux tests de la relativité générale à des échelles cosmologiques. Le projet eBOSS arrive au bon moment, juste avant la prochaine génération de relevés spectroscopiques tels que DESI et Euclid.<br />
La stratégie de ce projet ANR est de se concentrer sur quatre sujets directement liés à l'étude de l'énergie noire et de gravitation. Le premier sujet, les BAO et les RSD avec les quasars, constitue le cœur de la science d’eBOSS. Le deuxième thème, les forêts Ly-a des quasars, représente l'expertise principale du FPG. Le troisième thème, l’étude croisée du regroupement des galaxies et du cisaillement gravitationnel est très novateur dans eBOSS. Enfin, le dernier sujet, les vides cosmiques qui peuvent être étudiés à la fois avec les galaxies et les forêts Ly-a, nous permettent de sonder la gravitation en régime très peu dense. Avec ces quatre thématiques, nous avons mélangé des sujets sûrs avec une grande visibilité et de nouvelles approches avec un grand potentiel de découverte.

Nous structurons nos efforts autour de trois pôles géographiques (Saclay, Paris et Marseille), correspondant au recrutement de trois post-docs. Nous voulons, en outre, encourager les activités transversales. D’ailleurs, le but de ce projet ANR est de renforcer les synergies entre les groupes français qui sont géographiquement dispersés. Ces embauches de post-docs seront l’occasion de favoriser et de renforcer les collaborations entre ces groupes français.

Coordination du projet

Christophe YECHE (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LPNHE Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies
CNRS-DR12-LAM Centre National de la recherche Scientifique DR12 - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
APC AstroParticule et Cosmologie
IAP Institut d'Astrophysique de Paris
CNRS DR12_CPPM Centre National de la Recherche Scientifique Délégation Provence et Corse_Centre de Physique des Particules de Marseille
CEA/DRF/Irfu Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives

Aide de l'ANR 599 880 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2016 - 48 Mois

Liens utiles

Explorez notre base de projets financés

 

 

L’ANR met à disposition ses jeux de données sur les projets, cliquez ici pour en savoir plus.

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter