Les scientifiques commencent à cartographier la toile cachée qui échafaude l’Univers

Après avoir compté toute la matière lumineuse normale dans les endroits évidents de l’Univers – galaxies, amas de galaxies et milieu intergalactique – il en manque encore environ la moitié.

Ainsi, non seulement 85 % de la matière de l’Univers est constituée d’une substance inconnue et invisible appelée “matière noire“, mais nous ne pouvons même pas trouver toute la petite quantité de matière normale qui devrait être là.

C’est ce qu’on appelle le problème des baryons manquants. Les baryons sont des particules qui émettent ou absorbent la lumière, comme les protons, les neutrons ou les électrons, qui composent la matière que nous voyons autour de nous. On pense que les baryons disparus sont cachés dans des structures filamenteuses qui traversent l’Univers entier, également connues sous le nom de “toile cosmique”.

Mais cette structure est insaisissable et jusqu’à présent, nous avons seulement vu des aperçus. Aujourd’hui, une nouvelle étude, publiée dans Science, offre une meilleure vue d’ensemble qui nous permettra d’aider à cartographier ce à quoi elle ressemble.

La toile cosmique fournit l’échafaudage de la structure à grande échelle de l’Univers, prédit par le “modèle cosmologique standard“. Les cosmologistes croient qu’il existe une toile cosmique sombre, faite de matière noire, et une toile cosmique lumineuse, faite principalement de gaz hydrogène. En fait, on croit que 60 % de l’hydrogène créé pendant le Big Bang réside dans ces filaments.

Le réseau de filaments gazeux est également connu sous le nom de “milieu intergalactique chaud“ (WHIM), car il est à peu près aussi chaud que l’intérieur du Soleil. Les galaxies sont susceptibles de se former à l’intersection de deux ou plusieurs de ces filaments, là où la matière est la plus dense, les filaments reliant tous les amas de galaxies dans l’Univers.

Jusqu’à présent, nous n’avons pas été en mesure de détecter la matière noire. En effet, elle n’émet ni n’absorbe de lumière et ne peut donc pas être observée avec les télescopes habituels. Les filaments de la toile cosmique sont également très difficiles à trouver car ils sont très diffus et n’émettent pas suffisamment de lumière pour être détectés.

Depuis la prédiction originale, il y a eu une recherche intense de la toile cosmique, utilisant une variété de méthodes.

L’une d’elles repose sur des objets brillants qui se trouvent en arrière-plan le long de la même ligne de visée qu’un filament de gaz. Les atomes d’hydrogène dans les filaments peuvent absorber la lumière à une longueur d’onde spécifique dans l’ultraviolet. Ceci peut être détecté sous forme de lignes d’absorption dans la lumière de l’objet de fond, lorsqu’il est décomposé en un spectre par longueur d’onde.

Cette méthode a été appliquée en utilisant des quasars, qui sont des objets massifs très lumineux à grande distance, et même avec des galaxies de fond.

Les galaxies qui illuminent la toile

La nouvelle étude a réussi à détecter le gaz d’une manière entièrement nouvelle qui permet une imagerie bidimensionnelle de la toile cosmique, plutôt que de se fier à l’emplacement aléatoire d’une source lumineuse derrière le nuage de gaz utilisé dans les études d’absorption.

L’objet qu’ils ont étudié, appelé SSA22, est un proto-amas, c’est-à-dire un amas de galaxies à ses débuts. Il est beaucoup plus éloigné que les fragments mesurés précédemment de la toile cosmique – sa lumière a voyagé environ 12 milliards d’années pour nous atteindre. Cela signifie que nous remontons dans le temps aux premiers stades de l’Univers, ce qui permet aux scientifiques d’étudier comment les filaments ont été assemblés pour la première fois.

Il y a quelques années, un certain nombre de galaxies extrêmement brillantes, formant des étoiles, appelées “galaxies submillimétriques”, ont été détectées près de son centre. Cette nouvelle étude a trouvé 16 galaxies de ce type et huit puissantes sources de rayons X, une rare surdensité de ces objets à cette époque. Les objets fournissent une quantité abondante de rayonnement ionisant à l’ensemble de l’hydrogène gazeux des filaments, ce qui lui permet d’émettre une lumière que nous pouvons détecter – une technique beaucoup plus prometteuse que l’absorption.

Un autre mystère que cette étude aide à résoudre est la formation de galaxies submillimétriques. L’explication la plus largement acceptée est qu’elles se forment à la suite de la fusion de deux galaxies normales, formant ainsi une galaxie massive avec le double de la quantité de lumière.

Cependant, les simulations informatiques montrent que ces galaxies peuvent se développer à partir du gaz froid affluant de la toile cosmique voisine. Ce scénario est confirmé par cette nouvelle étude.

Carte détaillée

La nouvelle étude ouvre la voie à une cartographie bidimensionnelle plus systématique des filaments de gaz qui peut nous renseigner sur leurs mouvements dans l’espace.

Des études futures aideront à mieux cartographier le réseau cosmique caché. En plus d’observer les amas de galaxies pleins d’objets brillants, nous pouvons aussi suivre l’émission du Web en longueurs d’onde radio ou rayons X. Cependant, les rayons X montrent des traces de gaz beaucoup plus chauds que la majeure partie de la WHIM. L’observatoire à rayons X Athena proposé fournira une image complète des filaments chauds qui entourent les amas de galaxies de l’Univers voisin.

Une autre mission proposée pour au-delà de 2050 est d’utiliser le fond diffus cosmologique – la lumière laissée par le Big Bang – comme “lumière de fond” et de rechercher les fines empreintes laissées par la toile cosmique.

Tous ces outils nous révéleront toute la structure du réseau cosmique et nous fourniront un recensement définitif de la matière dans l’Univers.

De plus, nous savons que les baryons s’installent dans les filaments de matière noire de l’Univers pour faire leurs propres filaments, comme de la mousse sur une onde existante. Cela signifie que des cartes détaillées des filaments de gaz peuvent nous aider à retracer la structure la plus cachée de la matière noire et, finalement, nous aider à comprendre sa nature mystérieuse.

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Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche