La première carte de matière noire JWST signée avec la contribution de l’EPFL franchit un cap: elle suit le relief invisible du cosmos à partir des formes de 800 000 galaxies, avec une précision doublée par rapport à Hubble. Cette avancée s’appuie sur la faible lentille gravitationnelle, une technique qui mesure d’infimes déformations de galaxies lointaines pour cartographier la masse totale, visible et invisible. Elle offre un test plus strict du modèle cosmologique actuel et ouvre la voie à des cartes plus étendues. Voici pourquoi cette carte de matière noire JWST compte et ce qu’elle change pour la cosmologie.
Pourquoi cette carte de matière noire JWST compte
La matière noire désigne une forme de matière qui n’émet pas de lumière mais exerce sa gravité; les astronomes l’inférent via ses effets sur les galaxies et la lumière. Par exemple, les vitesses de rotation des galaxies exigent plus de masse que la matière visible. Elle est centrale ici car la carte de matière noire JWST trace directement sa distribution, sans dépendre de la lumière des étoiles.
La faible lentille gravitationnelle est la déformation statistique des images de galaxies de fond par la gravité des structures massives au premier plan. Concrètement, une galaxie ronde paraît très légèrement étirée; sur des centaines de milliers d’objets, le signal ressort. Cette mesure est cruciale car elle cartographie la masse totale et son évolution, ce qui permet de tester la croissance des structures dans l’Univers.
JWST est le télescope spatial infrarouge le plus sensible jamais lancé; il observe des galaxies plus lointaines et plus faibles que Hubble. Par exemple, il repère des sources à haut redshift (décalage vers le rouge), donc plus jeunes, ce qui étend le levier temporel des analyses. C’est déterminant: la carte de matière noire JWST suit la toile cosmique à des époques où les structures se forment encore.
Ce que révèlent les nouvelles données
En réunissant environ 800 000 formes de galaxies, les chercheurs réduisent fortement le bruit de forme (la dispersion naturelle des formes intrinsèques). Résultat: le signal de cisaillement est plus net et la précision double par rapport à des cartes équivalentes issues de Hubble. À l’échelle des grands filaments, on distingue des structures longues comme quelque 300 Voies lactées alignées, une comparaison d’échelle qui donne la mesure du système observé.
Cette amélioration tient à deux facteurs. D’abord, la fonction d’étalement du point, ou PSF, est plus petite et plus stable avec JWST, ce qui aiguise la mesure des formes. Ensuite, l’infrarouge révèle davantage de galaxies de fond, cruciales pour un signal de lentille plus élevé. Ensemble, ces atouts renforcent la carte de matière noire JWST et ses contraintes cosmologiques.
Sur le plan scientifique, l’équipe affine des paramètres qui résument l’amplitude des fluctuations de densité, notamment le paramètre S8 (combinaison de la densité de matière et du contraste de masse). Par exemple, en comparant S8 et la fraction de matière, on teste si la matière s’agrège comme prévu par le modèle standard. Ce résultat, combiné à d’autres relevés, clarifie les légères tensions rapportées ces dernières années entre sondes.
Ce que l’EPFL apporte concrètement
Les équipes de l’EPFL contribuent aux méthodes d’analyse et de validation qui rendent possible une carte de matière noire JWST fiable. Elles travaillent sur la mesure du cisaillement, la modélisation de la PSF, la calibration sur images simulées et la chasse aux biais systématiques. Par exemple, elles comparent plusieurs algorithmes de forme sur des jeux de données injectées pour vérifier que le signal récupéré correspond bien aux entrées.
En pratique, c’est un peu comme régler une recette en cuisine: on ajuste chaque ingrédient (qualité des images, correction PSF, sélection de galaxies, estimation des redshifts) jusqu’à obtenir un plat au goût juste. Ici, chaque ajustement retire un biais potentiel et renforce la confiance dans la mesure finale. Cet effort méthodique fait la différence entre une belle image et une mesure cosmologique robuste.
Méthode, limites et comment les chercheurs les contournent
La chaîne de traitement suit trois étapes. D’abord, la sélection: on isole des galaxies de fond avec des redshifts photométriques (estimation de distance à partir des couleurs). Exemple: une galaxie plus «rouge» en infrarouge est, en moyenne, plus lointaine. Cette étape est clé pour que la carte de matière noire JWST sépare correctement premier plan et arrière-plan.
Ensuite, la mesure des formes: on corrige la PSF et on extrait le cisaillement moyen. Par exemple, on étalonne l’algorithme sur des étoiles (des sources ponctuelles) pour modéliser l’élargissement instrumental. Cette correction importe car un PSF mal modélisé imite un signal de lentille et gonfle artificiellement la masse.
Enfin, l’inférence cosmologique: on compare les cartes à des modèles simulés pour contraindre des paramètres comme S8. On intègre des incertitudes systématiques (photométrie, PSF, sélection) et on teste la robustesse en variant les découpes du ciel et les catalogues. Par ailleurs, on croise les cartes avec la distribution de galaxies tracées par la lumière, ce qui permet d’estimer l’indice de biais de galaxie et d’affiner l’interprétation du signal.
Ces limites restent surveillées. Le bruit de forme domine encore à petite échelle, et l’aire couverte par JWST est plus modeste que celle de grands relevés au sol. Toutefois, la profondeur des observations compense en partie: plus de galaxies par champ, mieux résolues, et donc une carte de matière noire JWST très précise, même sur des zones de ciel limitées.
Un regard historique et ce que cela change
Historiquement, Hubble et des relevés au sol (CFHTLenS, KiDS, DES, HSC) ont établi la lentille faible comme sonde de référence. Ils ont posé les premières cartes cosmiques et des mesures compétitives de S8. Désormais, JWST étend la portée vers des redshifts plus élevés, tandis qu’Euclid et, demain, Rubin (LSST) promettent des cartes sur des pans immenses du ciel. La complémentarité est évidente: profondeur et stabilité pour JWST, étendue pour Euclid et Rubin. Ensemble, ils forment un «réseau de capteurs» cosmique.
Concrètement, la carte de matière noire JWST resserre l’étau sur les théories alternatives et affine les modèles d’évolution des halos de matière noire autour des galaxies. Par exemple, elle distingue mieux la transition entre halos individuels et filaments, ce qui contraint la physique de l’assemblage de la masse. De plus, en comparant la carte à la distribution de gaz chaud (rayons X) et au signal de lentille du fond diffus cosmologique, on multiplie les points de vue sur la même matière.
Et maintenant? Vers des cartes plus larges et des tests plus serrés
Les prochaines étapes mêlent extension et synergies. À court terme, des champs JWST supplémentaires permettront d’étoffer la carte de matière noire JWST et de réduire encore le bruit statistique. À moyen terme, les équipes croiseront ces cartes avec Euclid pour une tomographie multi-bandes: l’infrarouge profond de JWST fixe les formes, la grande aire d’Euclid réduit les incertitudes de variance cosmique.
Autre perspective: calibrer finement les redshifts photométriques avec des spectres ciblés. Par exemple, des spectroscopies sur des sous-échantillons ancrent la distance réelle et abaissent un des principaux systèmes d’erreurs. Enfin, des analyses à plus petite échelle, combinées aux vitesses internes des galaxies, cerneront mieux la physique des baryons, qui brouille parfois l’interprétation du signal de lentille.
En bref, la dynamique est claire: des cartes plus profondes, des recoupements plus nombreux et des modèles plus réalistes. Comme passer d’un mode «nuit» basique à un algorithme photo de smartphone de dernière génération, chaque itération gagne en netteté et en fidélité. La carte de matière noire JWST ouvre cette voie avec un saut qualitatif tangible.
Conclusion: grâce à JWST et à l’expertise méthodologique de l’EPFL, la carte de matière noire JWST double la précision atteinte par Hubble sur des champs comparables et renforce les tests du modèle cosmologique. Les premières contraintes s’annoncent déjà utiles pour démêler les légères tensions passées. Prochaine étape: élargir la couverture et croiser les sondes pour transformer ce gain de précision en découvertes solides.
