Supernovae de type Ia

Les Supernovae de type Ia (SNe Ia) sont des objets transitoires très lumineux résultant de l’explosion thermo-nucléaire d’une naine blanche. Les courbes de lumière des SNe Ia (flux mesuré en fonction du temps) présentent des caractéristiques similaires, avec un pic de luminosité apparaissant une quinzaine de jours après l’explosion, et une décroissance pouvant durer plusieurs mois. Les SNe Ia sont donc des sondes cosmologiques présentant des luminosités intrinsèques autosimilaires et sont considérées comme des chandelles standardisables. Les paramètres des SNe Ia, estimés à partir des courbes de lumière, permettent de mesurer des distances et d’en déduire les propriétés de l’énergie noire via la mesure des paramètres cosmologiques de l’équation d’état.

LSST

LSST est un relevé astronomique de grande étendue (plus de 20000 deg²) qui sera réalisé à partir de l’observatoire Vera Rubin (VRO) situé au nord du Chili sur le Cerro Pachon (2680 m). A partir de 2025, pour une durée d’une dizaine d’années, le VRO procédera à une observation systématique du ciel et produira le plus volumineux catalogue astronomique jamais réalisé (83 pB) avec 17 milliards d’étoiles et 20 milliards de galaxies. LSST collectera également un très grand nombre de supernovae de type Ia (SNe Ia) (plus de 900000 après dix années) dont une large fraction (plus de 220000) pourront être utilisées pour mesurer les paramètres cosmologiques (équation d’état de l’énergie noire) avec une grande précision.
LSST sera réalisé avec la plus grande caméra astronomique (LSSTcam) jamais construite. Cet instrument présente des caractéristiques impressionnantes avec une taille de 1.65x3 m (taille d’une petite voiture) et une masse de 2.8T. A l’aide d’un plan focal de 64cm de diamètre renfermant 3.2 milliards de pixels, LSSTcam prendra des images toutes les 34s dans 6 filtres optiques pendant 10 ans, ce qui correspond à environ 825 clichés (cadence d’environ 3 jours) pour chaque point du ciel observable.
Rubin Observatory/LSST compte actuellement 8 collaborations scientifiques actives. L’équipe du LPC est fortement impliquée dans la plus grande de ces collaborations (1619 membres en novembre 2024), la Dark Energy Science Collaboration (DESC), dédiée aux mesures cosmologiques.
L’activité LSST au LPCA a débuté en 2013 via trois axes de recherche : la construction d’un banc de test pour le changeur de filtres de LSSTcam (fin 2020) ; une contribution au développement, au déploiement et à la configuration de la base de donnée de LSST, Qserv (fin 2023) ; une participation à un data challenge en 2013 dont le succès a contribué à la mise en place d’un partenariat entre l’IN2P3 et les instances américaines (LSSTCorporation, LSSTPO, NCSA).
Depuis 2015 le groupe du LPCA a fortement contribué à l’étude de la stratégie d’observation de LSST à partir des SNe Ia, en proposant des stratégies innovantes permettant d’améliorer le nombre et la qualité des SNe Ia de LSST (ce qui doit conduire à des mesures cosmologiques plus précises).
D’autres résultats significatifs ont été obtenus dans le groupe : participation à un data challenge réaliste (six bandes optiques sur 300 deg²) ; implication dans les études de calibration (starDICE, AuxTel) ; étude de la synergie entre DESC et LSST.

ZTF

ZTF est un relevé réalisé par la collaboration ZTF à partir d’un télescope de 1.2 m (construit en 1948) situé au Mont Palomar en Californie. Avec un miroir de 1.8 m, ce télescope de Schmidt, géré par l’institut Caltech, est équipé depuis 2018 par une caméra astronomique de 600 megapixels, et est dotée de trois filtres optiques (g,r,i). Son grand champ de vue (47 deg²) lui permet, avec des expositions de 30s, de scanner la totalité du ciel observable en une nuit. Le relevé photométrique est complété par des mesures effectuées à l’aide d’un spectrographe permettant la classification spectroscopique pour tout objet transitoire observé.
Depuis le début du relevé environ 8000 SNe Ia (z<0,15) ont été observées et identifiées par spectroscopie. Cet échantillon correspond à environ 10 fois le nombre de SNe Ia utilisées pour les mesures cosmologiques (compilation de 12 relevés à bas redshift). L’échantillon de ZTF n’est pas sujet aux problèmes d’inter-calibration et représente un lot important permettant d’ancrer l’ajustement du diagramme de Hubble pour mesurer les paramètres de l’équation d’état de l’énergie noire. Par ailleurs, le relevé ZTF observe environ 3/4 du ciel observable, ce qui permet l’étude du taux d’expansion de la formation des structures et de potentielles anisotropies du taux d’expansion cosmique.
Le groupe du LPCA a rejoint la collaboration ZTF en 2018 et a participé à l’extraction de spectres de SNe Ia ainsi qu’aux problèmes liés à la calibration. La précision photométrique de 2 % obtenue par le pipeline de ZTF ne semble pas suffisante pour les mesures cosmologiques. Le groupe contribue à l’effort de calibration photométrique dans le cadre d’une ANR (avec les laboratoires de Paris, Marseille et Lyon) visant à obtenir une calibration au millième. Dans le cadre de ce travail, des simulations réalistes ont été proposées et une étude associant SNe Ia et vides cosmiques a été développée. La thèse en cours dans le groupe s’attache à l’étude des potentielles anisotropies du paramètre de Hubble H0.

Composition du groupe

Le groupe est actuellement constitué de 6 membres permanents et de deux membres non permanents.

Marie Aubert (post-doctorante, ZTF/Euclid)
Chloé Barjou-Delayre (doctorante, ZTF)
Johann Cohen-Tanugi (DR, LSST)
Philippe Gris (DR, LSST) – responsable du groupe (philippe.gris@clermont.in2p3.fr)
Nicoleta Pauna (McF, LSST)
Corentin Ravoux (CR, LSST/DESI)
Philippe Rosnet (Pr, ZTF)
Louis-Pierre Says (McF, LSST)