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Posté par Redbran le Jeudi 02/02/2017 à 12:00
Poussée par un vide, notre galaxie surfe à plus de 2 millions de km/h
Une équipe internationale, impliquant le CEA, l'Université Claude Bernard Lyon 1 et le CNRS, a découvert la raison du déplacement de notre galaxie à 630 km/s: le Dipole Repeller. Ce résultat, publié le 30 janvier 2017, apporte une réponse à une énigme de plus de 40 ans pour les astrophysiciens et a été sélectionné par Nature Astronomy, la toute nouvelle revue du groupe Nature consacrée aux sciences de l'Univers.

Dans notre voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité...) extragalactique existe une immense région vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) qui exercerait une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage...) de répulsion sur notre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...), la Voie lactée. Ce « repousseur » contribue aux forces gravitationnelles qui nous font naviguer à près de 2,3 millions de km/h sur la toile cosmique, la structure suivant laquelle la matière s’organise à grande échelle, notamment sous la forme de filaments qui connectent des galaxies entre elles et séparent des vides.

Quand attraction et répulsion se conjuguent pour nous mettre en mouvement

Ce mouvement de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) (et de sa compagne, la galaxie d’Andromède) était déjà connu des astrophysiciens qui en recherchaient l’origine depuis 40 ans. Pour expliquer ce déplacement, les recherches se sont historiquement d’abord portées sur la possibilité d'un excès de galaxies situées dans la direction générale de notre mouvement. Le suspect initial a été appelé le Grand Attracteur (Dans l'étude des systèmes dynamiques, un attracteur (ou ensemble-limite) est un ensemble, une courbe ou un espace vers lequel un système évolue de façon irréversible en l'absence de perturbations....), une région d'une demi-douzaine d’amas riches en galaxies à une distance de 150 millions d'années-lumière de nous. Puis, l'attention a été portée sur une entité plus importante, toujours dans la même ligne de visée et directement derrière le Grand Attracteur: la Concentration d’amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle...) de Shapley, située à 600 millions d'années-lumière de nous. Mais, au fil des ans, le débat s’est enlisé sur l'importance relative de ces deux attracteurs, ceux-ci ne suffisant pas pour expliquer notre mouvement, d’autant qu’il ne pointe pas exactement dans la direction de Shapley comme cela devrait être le cas. L’hypothèse d’une région sous-dense, un « vide » extragalactique, est alors avancée pour élucider ce phénomène.

Obtenir une confirmation de l’observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens...) d’un tel vide est extrêmement difficile. C’est pourquoi les chercheurs ont décidé, au lieu de regarder la répartition de la partie immergée de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) (celle qui est visible: les galaxies), de cartographier en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) les mouvements de toute la matière (matière visible, dite aussi baryonique, et matière invisible, dite noire ou plus justement: transparente).

Daniel Pomarède, ingénieur-chercheur au CEA (1) , explique que: « C’est grâce au rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) microonde émis il y a plus de 13 milliards d’années que le mouvement de la Voie lactée est détecté. Cette lumière nous parvient de toutes les directions, mais du fait de notre déplacement, on l’observe avec un décalage spectral vers le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm....) dans la direction de notre mouvement et un décalage spectral vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) dans la direction opposée. Et c’est en analysant cet effet dipolaire qu’on peut en déduire notre vitesse (On distingue :) de 630 km/sec. » Hélène Courtois, astrophysicienne à l’Université Lyon 1 (2) , complète: « En analysant les champs de vitesse de milliers de galaxies peuplant notre univers local, nous avons identifié le déplacement de "fleuves de matière", comme ceux qui parcourent Laniakea », notre superamas (En astronomie, un superamas est une association d'amas et de groupes de galaxies.) de galaxies découvert en 2014 par la même équipe. « Ces fleuves sont une conséquence directe de la distribution de la masse totale, qui s’éloigne des régions vides et se dirige vers les régions de plus haute densité. »


Cette cartographie des courants de matière (les flèches directionnelles) et des surfaces équipotentielles gravitationnelles (régions de l’espace « ressentant » la même attraction de gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) - en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm....) et en jaune) permet, en visualisant son influence, de matérialiser la région du Dipole Repeller, ainsi que les nœuds et filaments de la toile cosmique (surfaces rouges et grises). La structure à grande échelle de notre Univers local est ainsi représentée. La flèche jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :) est positionnée sur notre galaxie la Voie lactée et indique la direction du dipôle du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de façon quasi uniforme dans toutes les directions.). Cette cartographie couvre une région de notre Univers d’environ 2,5 milliards d’années-lumière de large. © Y. Hoffman, D. Pomarède, R.B. Tully, H. Courtois.

L’équipe a ainsi découvert qu’à l’emplacement de notre galaxie les forces répulsives et attractives provenant d’entités lointaines sont d'importances comparables et en a déduit que les influences majeures qui sont à l’origine de notre mouvement sont l'attracteur Shapley et une vaste région de vide (c’est-à-dire dépourvue de matière visible et invisible), précédemment non identifiée, qu’ils ont nommé le Dipole Repeller. Cette découverte, publiée le 30 janvier 2017 dans Nature Astronomy, permet en effet d’expliquer l’origine du dipôle (voir plus bas) observé dans le rayonnement du fond diffus cosmologique, un ingrédient essentiel du modèle de standard de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.).

Dorénavant, les astrophysiciens savent enfin quelle voie suit notre galaxie, attirée par la lointaine concentration de masse Shapley et repoussée par le Dipole Repeller, une région faite de « rien », même pas de matière invisible, dont finalement on ne connaît encore presque rien… C’est pourquoi les astrophysiciens préparent maintenant des relevés ultra-sensibles en optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), proche-infrarouge et radio qui permettront d'identifier les rares galaxies qui peuvent résider dans et autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent...) d’un tel vide afin d'en approfondir notre connaissance.

Qu’est-ce qu’un dipôle ?

Le rayonnement fossile (Un fossile (dérivé du substantif du verbe latin fodere : fossile, littéralement « qui est fouillé ») est le reste (coquille, os, dent, graine, feuilles...) ou le simple...) du Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...) est distribué de manière presque identique dans toutes les directions. En étudiant les écarts par rapport à son niveau moyen, une modulation régulière apparaît et semble indiquer que le corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe pas, mais il représente un cas...) cosmologique est un peu plus chaud vers un des hémisphères célestes que vers l'autre. On parle d'anisotropie (L'anisotropie (contraire d'isotropie) est la propriété d'être dépendant de la direction. Quelque chose d'anisotrope pourra présenter différentes caractéristiques selon la direction.) dipolaire ou de dipôle. Pour les astrophysiciens, ce dipôle est en général facile à observer et permet de vérifier ou d'étalonner leurs détecteurs.

Le fond diffus cosmologique, ingrédient essentiel du modèle standard de la cosmologie

Pour aller plus loin:
La présentation des résultats de l’article en vidéo et télécharger des illustrations en haute résolution: http://irfu.cea.fr/dipolerepeller (© Y. Hoffman, D. Pomarède, R.B. Tully, H. Courtois)

Références:
The Dipole Repeller, Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède, R. Brent Tully and Hélène M. Courtois Nature Astronomy 1, 0036 (2107), DOI 10.1038/s41550-016-0036

Notes:
(1) (Institut de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) sur les Lois Fondamentales de l’Univers -Irfu, au centre CEA de Saclay).
(2) (Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste...) Lyon 1/ Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) Nucléaire de Lyon CNRS).


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Source: CNRS
 
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