Dans un univers en expansion, les ondes lumineuses sont étirées, ce qui augmente leur longueur d’onde et les décale vers le rouge. On réfère à ce phénomène en tant que “décalage vers le rouge” ou “redshift”.
Le phénomène est similaire au décalage par effet Doppler-Fizeau des raies d’un spectre lumineux lorsqu’un objet s’éloigne de nous, et que nous décrivons souvent comme une vitesse de récession (ou vitesse de fuite). Le redshift est obtenu à partir de la décomposition de la lumière en arc-en-ciel (on parle de spectre lumineux), ce qui permet de mesurer la quantité de lumière émise pour chaque longueur d’onde. Des éléments chimiques présents dans les galaxies, comme l’hydrogène et l’oxygène, émettent des longueurs d’onde bien précises, que nous mesurons en laboratoire et qui donne une signature caractéristique de ces éléments. Dans le spectre de la lumière émise par les galaxies, nous mesurons des longueurs d’onde pour ces mêmes éléments qui sont plus importantes, qui tendent donc vers le rouge. A partir de ce décalage en longueur d’onde vers le rouge, nous sommes en mesure de déterminer la valeur du redshift de la lumière émise par une galaxie.
Il faut bien comprendre que plus une galaxie est éloignée de nous, plus le redshift aura une valeur élevée et plus la vitesse de récession déduite du redshift sera importante. Pour des objets proches de nous, la célèbre loi de Lemaitre-Hubble s’applique : la vitesse de fuite est proportionnelle à la distance entre la galaxie et l’observateur. Cependant, dès lors que nous considérons des galaxies à une époque plus ancienne, la relation entre distance et redshift devient plus compliquée. Et cela est directement lié à l’histoire de l’expansion de l’univers. Dans le cas d’un univers composé de plus de matière, l’expansion devrait ralentir et les objets à redshift élevé devraient être plus proches de nous. Réciproquement, si l’énergie sombre est la cause de l’expansion de l’univers, alors les objets à redshift élevé devraient nous apparaître plus éloignés donc moins lumineux. C’est la détection de cet effet sur la luminosité des supernovae à haut redshift qui a conduit à la découverte de l’énergie sombre et l’obtention du prix Nobel de physique en 2011. C’est pour comprendre cette relation complexe entre distance et redshift que nous avons construit le projet DESI.