Laniakea, notre superamas de galaxies

Le 4 septembre 2014, la revue Nature publie la découverte, par une équipe internationale incluant un ingénieur-chercheur de l'Irfu, des frontières de notre superamas de galaxies. Comme le montre la visualisation réalisée à l'Irfu, ce superamas, auquel appartient notre galaxie, la Voie lactée, se révèle bien plus vaste que ce que l'on croyait depuis 50 ans.
 
Cette étude, fondée sur la reconstruction et la visualisation des bassins d'attraction gravitationnelle à partir des vitesses particulières des galaxies spirales, a été menée conjointement par Brent Tully (Université de Hawaii), Hélène Courtois (Université de Lyon), Yehuda Hoffman (Hebrew University, Jerusalem), et Daniel Pomarède, ingénieur-chercheur au Laboratoire d?'?Ingénierie Logicielle des Applications Scientifiques (Lilas) du Sédi à l?'?Irfu.

Dans cette étude, le logiciel de visualisation de données en trois dimensions SDvision, développé au Lilas dans le cadre du projet COAST, a permis de découvrir et de comprendre la structure tridimensionnelle de notre superamas, en reconstruisant et visualisant les lignes de courant le long desquelles se déplacent les galaxies, mettant en évidence un bassin d'attraction distinct de ceux des superamas voisins. Ce résultat exceptionnel correspond à la première utilisation du logiciel SDvision sur des données observationnelles, l'application ayant été développée à l'origine pour visualiser des données massives de simulation.

Dans l'Univers, les galaxies sont localisées dans des groupes ou amas, et se déplacent en suivant des "courants", le long de filaments délimitant de grandes régions connues sous le nom de "vides". Les régions étendues, avec une haute concentration de galaxies, comme celle dans laquelle nous vivons, sont appelées des "superamas".

Pour la première fois, les chercheurs proposent une définition dynamique de notre superamas de galaxies, évoquant la notion de "bassin versant" en hydrologie. En effet, il leur a été possible de délimiter un volume cosmique dans lequel circulent des "courants de galaxies", comme des cours d'eau dans des ravines. D'un diamètre de 500 millions d'années-lumière, ce "continent extragalactique" contient une masse d'environ 100 millions de milliards de fois la masse du Soleil (cf figure 1 et 2).


Les chercheurs lui ont donné le nom hawaïen Laniakea, accepté par l'Union Astronomique Internationale. Tels les explorateurs dessinant les premières cartes terrestres et maritimes, chacun peut désormais visualiser sur le web une définition dynamique du territoire de notre Superamas. Ce nom signifie "horizons célestes immenses", en hommage à Hawaï, pays de navigateurs aux étoiles qui abrite quelques-uns des plus grands télescopes du monde, utilisés pour cette découverte et celles qui suivront. Car nos cosmographes découvreurs commencent maintenant l'exploration des continents voisins.


Cette recherche met un point final aux questionnements sur le "Grand Attracteur", qui duraient depuis 30 ans: les chercheurs montrent que cette région qui semblait attirer toutes les galaxies voisines, sans paraître pourtant plus dense, apparaît en réalité aujourd'hui comme un large vallon où se déverse la matière, un peu comme le point le plus bas d'une large baignoire plate. L'étude montre par ailleurs que notre continent extragalactique contient environ 100 000 grosses galaxies comme la nôtre et un million de plus petites.

Une nouvelle méthode pour cartographier les galaxies

Les réseaux de structures sont connectés avec des frontières mal définies lorsque l'on ne fait qu'une cartographie statique. L'équipe a mis au point une nouvelle méthode pour définir les structures à grande échelle à l'aide des courants de galaxies. Ces calculs sont basés sur les observations conduites par Hélène Courtois, directrice d'une équipe de recherche à l'Institut de physique nucléaire de Lyon (Université Claude Bernard Lyon 1 / CNRS), et les méthodes de visualisation de Daniel Pomarède, chercheur à l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) du CEA de Saclay. Il s'agit d'une méthode ressemblant à la recherche de bassins versants alluviaux. Dans les cartes 3D de l'Univers, nous pouvons trouver des lieux où les courants de galaxies, qui sont dus aux concentrations de matière, se séparent ou se rassemblent tout comme l'eau le fait de part et d'autre de la ligne de partage des eaux.

Dans cette étude l'équipe utilise le plus grand catalogue de vitesses de galaxies jamais publié (8 000 galaxies), qu'ils ont préparé depuis des années pour construire une carte vaste et détaillée de la distribution de matière (noire et lumineuse) dans l'univers.

Dans la vidéo en 3D disponible ci-dessous, ils nous montrent comment ils connectent patiemment la surface, joignant toutes ces lignes de partage des flots de galaxies qui nous entourent. Dans ce volume d'Univers, tous les mouvements des galaxies sont dirigés vers l'intérieur (par analogie, cette surface délimite notre bassin alluvial). Notre superamas (ou continent de galaxies) est alors défini comme étant le volume englobé, se séparant nettement des autres continents voisins: défini de cette manière, Laniakea est cent fois plus volumineux que ce que l'on pensait depuis 50 ans.

Un film de 7 minutes, associé à cette publication, retrace ce processus. Cette décou­verte bouleverse les connais­sances que nous avions de la plus grande structure à laquelle nous appartenons, d'une dimension caracté­ristique de 160 mégaparsecs contenant 1017 masses solaires. L'équipe a proposé, avec l'accord de l'Union astro­nomique internatio­nale, d'appeler ce continent de galaxies Laniakea, qui signifie en Hawaïen " Horizon céleste immense ".


- Vidéo en français: http://vimeo.com/105000565

Pour plus d'information voir: http://irfu.cea.fr/laniakea