Détection des plus grandes structures rotatives de l’univers
De nombreuses choses dans l’univers tournent, à toutes les échelles imaginables, des particules à l’échelle quantique/ microscopique aux ouragans, en passant bien sûr par les planètes et les étoiles. Cependant, ce phénomène physique n’est pas bien exploré à l’échelle cosmique. À l’échelle du mégaparsec, nous ne savons pas vraiment ce qui tourne et de quelle manière.
Dans une étude publiée cette semaine (lien plus bas), des physiciens ont utilisé les données du relevé astronomique, le Sloan Digital Sky Survey, pour tester une idée : et si les filaments galactiques, les plus grandes structures connues dans l’univers, constituées de superamas de galaxies massives, tournaient réellement ?
Image d’entête : représentation artistique des filaments cosmiques, d’énormes ponts de galaxies et de matière noire relient les amas de galaxies entre eux. Les galaxies suivent des orbites en forme de tire-bouchon vers et dans les grands amas qui se trouvent à leurs extrémités. Leur lumière apparaît décalée vers le bleu lorsqu’elles se rapprochent de nous, et décalée vers le rouge lorsqu’elles s’éloignent. (AIP/ A. Khalatyan/ J. Fohlmeister)
Il peut sembler étrange de penser que les galaxies dans leur ensemble se déplacent, et encore moins qu’elles tournent. Elles se déplacent en effet en fonction de l’expansion de l’univers, mais aussi à plus petite échelle. Nous connaissons notre voisinage galactique, certaines galaxies ne sont que des satellites par rapport à leur galaxie « mère », comme notre Voie lactée. Nous vivons dans le superamas de Laniakea, où notre grande famille est attirée par le Grand Attracteur, la région la plus dense de l’amas.
Nous ne pouvons observer que certaines parties de l’univers, en raison de notre position dans celui-ci et dans le système solaire. D’une certaine manière, nous sommes trop petits pour voir l’immensité de l’univers. Ainsi, les filaments que nous pouvons observer sont vus dans les parties du ciel visibles depuis notre voisinage cosmique.
Pour compenser cela, les astronomes étudient également ces processus à l’aide de simulations informatiques. La plus célèbre de ces simulations de la structure à grande échelle de l’Univers s’appelle la Simulation Millenium, qui a utilisé plus de 10 milliards de particules pour retracer l’évolution de la distribution de la matière dans une région cubique de l’Univers sur plus de 2 milliards d’années-lumière de côté. La Simulation Millenium montre la répartition de la matière noire dans l’Univers, formant une toile cosmique reliant plus de 10 milliards de particules. Il est bon d’imaginer ce à quoi ressemble la vue d’ensemble.
Un modèle simulé de la distribution extrapolée des galaxies à travers l’Univers, issue de la Millennium Simulation.
Dans une étude récente (lien plus bas), des chercheurs ont examiné le mouvement de rotation des filaments des galaxies, des « ponts » qui constituent la toile cosmique, reliant les galaxies entre elles.
Selon Peng Wang, premier auteur de l’étude qui vient d’être publiée et astronome à l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (Allemagne) :
En cartographiant le mouvement des galaxies dans ces immenses super-autoroutes cosmiques à l’aide du Sloan Digital Sky survey, un relevé de centaines de milliers de galaxies, nous avons découvert une propriété remarquable de ces filaments : ils tournent.
Wang et ses collègues ont examiné les cylindres des filaments de galaxies qui sont horizontaux par rapport à notre position. Ils ont séparé les cylindres en deux régions pour distinguer si les galaxies s’éloignent de nous, dans la région A, ou si elles se rapprochent de nous, dans la région B. S’il s’agit d’un événement simultané, le rectangle est en fait le cylindre montrant la rotation de la structure. Effectivement, ces structures semblent être en rotation.
Selon Noam Libeskind, initiateur du projet à l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam :
Bien qu’il s’agisse de minces cylindres (de la taille d’un crayon) de plusieurs centaines de millions d’années-lumière de long, mais de seulement quelques millions d’années-lumière de diamètre, ces fantastiques vrilles de matière tournent. À cette échelle, les galaxies qui les composent ne sont elles-mêmes que des grains de poussière. Elles se déplacent sur des orbites en forme d’hélice ou de tire-bouchon, tournant autour du milieu du filament tout en voyageant avec lui. Une telle rotation n’a jamais été observée auparavant à des échelles aussi énormes, ce qui implique qu’un mécanisme physique encore inconnu doit être responsable de la rotation de ces objets.
La rotation ressemble à une hélice : les galaxies tournent non seulement autour de l’axe, mais elles se déplacent également le long des cylindres. On a estimé que les filaments qui contiennent des amas de galaxies plus massifs à l’extrémité du filament ont tendance à présenter des signes de rotation plus forts que ceux qui sont moins massifs. Il s’agit d’une observation importante, car elle permet de distinguer l’hypothèse de l’expansion de l’univers.
Au total, les travaux ont permis de détecter 17 181 filaments. La plupart des galaxies se trouvent à près de 30 milliards de milliards de km de l’axe du filament, tandis que le rayon du cylindre est deux fois plus grand. Malgré le résultat impressionnant et les nombreux filaments observés, cela ne signifie pas que chaque toile cosmique présente une rotation, car nous n’avons pas assez de galaxies pour représenter l’univers entier. En attendant d’obtenir davantage de données, l’étude a fourni la première preuve réelle de l’existence d’un tel objet et c’est déjà stupéfiant.
L’étude publiée dans Nature Astronomy : Possible observational evidence for cosmic filament spin et présentée sur le site de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam : Discovery of the largest rotation in the universe.