Euclid a trouvé en un an plus de lentilles cosmiques que toutes les recherches antérieures

Le télescope spatial européen Euclid a découvert plus de lentilles gravitationnelles fortes en environ un an de cartographie du ciel que toutes les recherches antérieures combinées. Sa première grande publication de données, publiée par l’Agence spatiale européenne, contient environ quinze mille candidats lentilles de haute confiance. Dans chacun d’eux, la gravité d’une galaxie d’avant-plan courbe la lumière d’une galaxie plus lointaine en arcs, en anneaux ou en images doubles.

C’est important car une lentille fonctionne comme une balance. La quantité de courbure révèle la masse de la galaxie d’avant-plan, y compris la matière noire qu’aucun télescope ne peut voir directement. Jusqu’à présent, les astronomes étudiaient ces systèmes une découverte rare à la fois. Avec un catalogue aussi vaste, ils peuvent les étudier en tant que population, et la même publication ajoute plus de neuf cents millions de galaxies au travail plus large de cartographie de l’univers sombre.

La publication, appelée DR1-Foundation, couvre environ 1 900 degrés carrés de ciel, une superficie environ 9 500 fois celle de la pleine Lune. Elle contient plus d’un milliard d’objets catalogués, plus de 60 millions de candidats quasars, des spectres pour plus de 160 millions de sources et environ 1,7 million de gigaoctets de données. Elle ne couvre également que 14 % de la zone qu’Euclid est censé étudier.

« Le lentillage fort offre un aperçu unique de l’Univers sombre, nous permettant de ‘peser’ des galaxies individuelles, y compris leur matière noire invisible, et d’explorer comment l’Univers s’étend », a déclaré Natalie Lines de l’Université de Portsmouth, membre du consortium Euclid et premier auteur de l’article sur le catalogue de lentilles.

Comment Euclid a sélectionné 15 000 lentilles parmi 900 millions de galaxies

Les lentilles sont rares. Seulement environ une galaxie sur plusieurs milliers s’aligne avec une source d’arrière-plan suffisamment proche pour en agir comme telle, et de nombreuses images lentillées sont trop petites pour être résolues à travers le flou de l’atmosphère terrestre. Euclid observe depuis l’espace avec un miroir de 1,2 mètre et deux instruments : VIS, une caméra en lumière visible qui produit les images nettes, et NISP, qui prend des images en proche infrarouge et divise la lumière en spectres.

La recherche a commencé avec les quelque 900 millions de sources de la publication et a conservé les 68 millions qui ont passé un premier filtre du catalogue. Cinq modèles d’apprentissage automatique ont noté ces objets. Les plus prometteurs ont été confiés à environ 7 000 scientifiques citoyens du projet Space Warps, hébergé sur la plateforme Zooniverse, qui ont effectué plus de 4,5 millions de classifications de 300 000 objets. Enfin, 67 experts en lentillage ont inspecté plus de 30 000 systèmes et les ont notés.

Les notes comptent. Parmi les 15 072 candidats de haute confiance, 6 073 sont de note A, que l’équipe qualifie de « lentille certaine », et 8 999 sont de note B, qualifiés de « lentille probable ». 9 010 autres systèmes de note C « possibles » sont publiés séparément. Un logiciel a ensuite tenté de reproduire chaque système de note A et B avec un modèle de lentille, et pour plus de 9 500 lentilles, l’équipe a estimé les distances et les propriétés physiques de la galaxie d’avant-plan.

La plupart de ces galaxies d’avant-plan sont massives et ne forment plus de nouvelles étoiles. Elles se situent à un décalage vers le rouge typique de 0,68, une mesure de l’étirement de leur lumière par l’expansion de l’univers, ce qui est plus éloigné que les échantillons de lentilles antérieurs provenant de télescopes au sol.

De découvertes rares à un recensement de milliers

La première lentille forte, un quasar qui apparaissait deux fois dans le ciel, a été identifiée il y a près de 50 ans. Depuis, les plus grandes études au sol, qui couvrent ensemble la majeure partie du ciel visible depuis la Terre, avaient trouvé environ 3 000 lentilles de ce type galaxie-derrière-galaxie, selon le consortium Euclid. Les 15 072 candidats de haute confiance d’Euclid surpassent tous les catalogues précédents combinés.

Chacune d’elles a été trouvée avec le même télescope et la même méthode. Lorsque les lentilles proviennent de nombreuses études et méthodes de sélection différentes, elles sont difficiles à comparer. Un échantillon unique et uniforme permet aux chercheurs de poser des questions statistiques, comme la façon dont la matière noire autour des galaxies massives change d’une galaxie à l’autre, auxquelles quelques centaines de systèmes disparates ne peuvent répondre.

L’échelle de la couverture du ciel est également nouvelle. La zone de cette publication est environ dix fois plus grande que ce que le télescope spatial Hubble a observé en 35 ans, selon le consortium. Les publications précédentes d’Euclid contenaient quelques jours d’observations sur environ 60 degrés carrés. Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid à l’ESA, a décrit ce bond comme « un changement d’échelle ».

Le catalogue contient également des types rares qui étaient auparavant des découvertes uniques. Il répertorie 84 candidats lentilles à double plan source, dans lesquelles une galaxie d’avant-plan lentille deux galaxies d’arrière-plan à des distances différentes, plus de 1 000 candidats lentilles formées par des galaxies à disque, et plusieurs centaines de quasars lentillés et de noyaux actifs de galaxies. Avant Euclid, les deux premières classes ne comptaient que peu d’exemples connus.

La publication contient plus que des lentilles

D’autres articles publiés avec les données montrent leur étendue. Une équipe a résolu 15 systèmes stellaires faibles en étoiles individuelles pour la première fois, dont cinq nouvelles découvertes. L’une des nouvelles, Ursa Minor II, se trouve à environ 65 000 années-lumière dans le halo de la Voie lactée et ne contient qu’environ 40 fois la masse du Soleil en étoiles, ce qui en fait l’un des systèmes stellaires les moins lumineux connus.

Une deuxième étude a mesuré les formes de plus de 40 millions de galaxies en formation d’étoiles, un échantillon 440 à 52 800 fois plus grand que les études comparables avec le télescope spatial James Webb. Parmi les galaxies de masse inférieure, elle a confirmé que les galaxies allongées en forme de cigare deviennent plus rares à mesure que l’univers vieillit, tandis que les disques aplatis dominent.

Ce que DR1-Foundation ne résout pas

L’objectif principal d’Euclid est de mesurer l’énergie noire, la cause inexpliquée de l’accélération de l’expansion de l’univers, et de cartographier la matière noire à travers l’histoire cosmique. Cette publication ne le fait pas encore. Les mesures nécessaires à la cosmologie, y compris les cartes de lentillage faible et le regroupement de galaxies, sont encore en production et arriveront avec la première publication complète de données.

Les lentilles elles-mêmes restent des candidats. Seuls les systèmes de note A sont considérés comme certains, et l’équipe de découverte écrit que l’évaluation par des experts reste subjective, elle a donc corrigé les biais des inspecteurs individuels. La recherche a également manqué certaines lentilles réelles. L’équipe estime avoir trouvé environ 73 % des systèmes certains dans la zone, le reste étant probablement plus faible ou plus ambigu. La confirmation de systèmes individuels nécessitera des observations de suivi, y compris des spectres.

Les articles scientifiques sont des prépublications. Les huit articles scientifiques et 18 articles techniques publiés avec les données sont destinés à un numéro spécial de la revue Astronomy & Astrophysics et n’ont pas encore terminé l’examen par les pairs.

La couverture du ciel est également partielle. À 14 % de l’étude prévue, l’échantillon peut ne pas représenter l’ensemble du ciel, et les scientifiques du consortium ont trouvé quelques régions dont la qualité des données diffère du reste lors de la vérification du traitement.

« Ce n’est que 14 % de ce qu’Euclid entend finalement livrer, mais nous pouvons déjà voir que les promesses faites il y a plus de dix ans concernant l’étendue des entreprises scientifiques qu’Euclid soutiendrait commencent à se réaliser », a déclaré Marc Sauvage, astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et responsable du consortium Euclid.

Questions sur la première publication de données d’Euclid

Que contient la publication DR1-Foundation d’Euclid ?

Environ 13 mois d’observations couvrant 1 900 degrés carrés de ciel : environ 10 000 images scientifiques, des catalogues de plus d’un milliard d’objets dont plus de 900 millions de galaxies, des spectres pour plus de 160 millions de sources, environ 15 000 candidats lentilles fortes et plus de 60 millions de candidats quasars. Au total, cela représente environ 1,7 million de gigaoctets.

Qu’est-ce qu’une lentille gravitationnelle forte ?

Elle se forme lorsqu’une galaxie massive d’avant-plan courbe la lumière d’une galaxie loin derrière elle, de sorte que la galaxie d’arrière-plan apparaît sous forme d’arcs, d’un anneau ou de plusieurs copies. La quantité de courbure révèle la masse totale de la galaxie d’avant-plan, y compris sa matière noire, et le grossissement permet aux astronomes d’étudier des galaxies d’arrière-plan qui seraient autrement trop faibles.

Combien de galaxies Euclid a-t-il cartographiées jusqu’à présent ?

Plus de 900 millions de galaxies sont cataloguées dans cette publication, qui couvre environ 14 % de la zone d’étude prévue. L’ESA s’attend à ce que la mission complète catalogue environ 1,5 milliard de galaxies.

Quiconque peut-il utiliser les données d’Euclid ?

Oui. L’ESA a rendu la publication publique et l’héberge sur sa plateforme Euclid Data Space, où les utilisateurs peuvent explorer, visualiser et analyser les images, catalogues et spectres sans les télécharger.

Quand Euclid mesurera-t-il l’énergie noire ?

Pas avec cette publication. L’ESA et le consortium Euclid prévoient les premiers résultats cosmologiques, basés sur le lentillage faible et le regroupement de galaxies, pour la première publication complète de données à la mi-2027.

Les résultats cosmologiques sont attendus pour mi-2027

Euclid a été lancé en juillet 2023 et a commencé son travail d’étude de routine le 14 février 2024. Les observations de cette publication ont été collectées entre le printemps 2024 et le printemps 2025, et l’ESA les a publiées le 12 novembre 2026. La DR1 complète, avec les premiers résultats cosmologiques, est attendue pour mi-2027, et la DR2, avec environ trois fois plus de ciel, est prévue pour 2029.

La première lentille forte, le Quasar Jumeau, a été identifiée en 1979. D’ici la fin de son étude de six ans, Euclid devrait trouver plus de 100 000 candidats lentilles de haute confiance, chacun étant une balance naturelle pour peser la matière noire d’une galaxie.

Référence : Euclid Collaboration: Lines et al., « Euclid Data Release 1 (DR1). Euclid Lens Identification Pipeline and Scientific Exploration (ECLIPSE) A: Strong lens catalogue overview, » submitted to Astronomy & Astrophysics, 2026. arXiv:2611.15883. DOI: 10.48550/arXiv.2611.15883

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