Groupe LSST – IJCLab / IN2P3
Le groupe LSST d’IJCLab (Institut de Physique des 2 Infinis, IN2P3/CNRS, Université Paris-Saclay) rassemble actuellement sept personnes : quatre chercheurs, un ingénieur, un post-doctorant et un doctorant.
Nous participons activement au programme scientifique du télescope Rubin-LSST (Legacy Survey of Space and Time), l’un des projets majeurs de la cosmologie observationnelle de la prochaine décennie.
Comprendre l’énergie noire
Notre objectif est de comprendre la nature de la composante dominante de l’univers, responsable de l’accélération de son expansion.
Cette découverte, réalisée à la fin des années 1990 grâce à l’étude du flux des supernovae de type Ia en fonction de leur décalage spectral (redshift), a profondément bouleversé la cosmologie moderne.
La cause de cette expansion accélérée est aujourd’hui attribuée à une mystérieuse composante appelée énergie noire, (à ne pas confondre avec la matière noire), qui influence principalement la formation et la dynamique des structures gravitationnelles (galaxies, amas, filaments).
L’énergie noire est décrite par son équation d’état reliant sa pression P et sa densité d’énergie ρ :
w = P / ρ
Dans le modèle de référence, w = -1 correspond à une constante cosmologique.
Les modèles plus généraux paramètrent souvent l’évolution temporelle de w sous la forme :
w(a) = w₀ + wₐ(1 – a)
où a est le facteur d’échelle cosmologique.
Mesurer précisément w₀ et wₐ constitue l’un des défis centraux de la cosmologie actuelle.
Le relevé Rubin–LSST
Pour aborder ces questions, nous exploitons les observations du Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST).
Ce relevé, qui s’étendra sur dix ans, observera la totalité du ciel austral avec un télescope de 8,4 mètres de diamètre et une caméra de 3,2 gigapixels — la plus grande jamais construite.
Rubin-LSST mesurera les positions, les formes et les flux de dizaines de milliards de galaxies jusqu’à un redshift de z ~ 3, dans six bandes photométriques (u, g, r, i, z, y) couvrant l’ultraviolet au proche infrarouge.
Cette richesse de données permettra de contraindre les paramètres cosmologiques avec une précision inédite, améliorant d’environ un ordre de grandeur la mesure des paramètres (w₀, wₐ) par rapport aux relevés précédents (SDSS, DES, HSC, etc.).
Les activités du groupe à IJCLab
Les recherches du groupe LSST d’IJCLab s’articulent autour de trois grands axes complémentaires :
les techniques instrumentales, les développements informatiques et les analyses cosmologiques.
1. Activités techniques et instrumentales
L’exploitation scientifique du relevé Rubin-LSST exige une calibration photométrique extrêmement précise et un contrôle rigoureux de tous les facteurs affectant la mesure du flux lumineux.
Notre groupe contribue à cet effort à travers :
- Le suivi en temps réel de la transmission atmosphérique sur l’ensemble de la gamme de longueurs d’onde couvertes par LSST, afin de corriger les effets de l’atmosphère terrestre sur la photométrie des objets célestes ;
- La calibration de la transmission du télescope, incluant la caractérisation des filtres optiques et de l’efficacité quantique des détecteurs CCD, paramètres essentiels pour garantir la cohérence des mesures entre les différentes bandes photométriques.
2. Activités informatiques
L’ampleur des données produites par Rubin-LSST (plusieurs dizaines de téraoctets par nuit) nécessite des outils d’analyse performants et automatisés.
Nos travaux incluent :
- L’identification et la classification automatique des alertes de phénomènes transitoires, en particulier les supernovae, via le broker d’alerte FINK développé au sein de la communauté LSST-France ;
- Le développement et l’utilisation d’outils d’intelligence artificielle (IA), désormais indispensables à toutes les étapes d’analyse : détection de sources, classification, estimation de redshift et sélection de candidats astrophysiques.
3. Analyses cosmologiques
Enfin, le cœur scientifique du groupe réside dans l’interprétation cosmologique des observations.
Nous étudions plusieurs sondes complémentaires pour contraindre la nature de l’énergie noire :
- La mesure des redshifts photométriques des galaxies, clé pour reconstituer la structure tridimensionnelle de l’univers ;
- L’analyse de la loi d’atténuation du flux des supernovae de type Ia en fonction de leur distance, traceur direct de l’expansion cosmique ;
- D’autres sondes cosmologiques telles que les lentilles gravitationnelles faibles et fortes, ou encore la distribution spatiale des galaxies, permettant de cartographier la matière noire et la géométrie de l’univers à grande échelle.