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Posté par Redbran le Mercredi 13/09/2017 à 12:00
L'atlas de la toile cosmique des vitesses maintenant disponible
Au cours des 13,8 milliards d'années d'histoire de l'Univers, des forces attractives et répulsives ont agi pour concentrer la matière dans certaines régions et en laisser d'autres de plus en plus vides. Pour la première fois, une cartographie des grandes structures de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), y compris celles non observables par les méthodes classiques, a été réalisée en étudiant les mouvements de milliers de galaxies. Ces travaux, impliquant le CEA et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Physique Nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) de Lyon sont parus le 10 août 2017 dans The Astrophysical Journal.

Une collaboration internationale, incluant le CEA et l'Institut 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 (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) de Lyon (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 français.) Lyon 1/CNRS), vient de reconstruire une structure 3D de l'Univers grâce à l'étude de près de 8 000 galaxies dont on connaît précisément les distances mais aussi les vitesses. Cette reconstruction inclut même des zones jusque-là non observables.

En mesurant les mouvements de milliers de galaxies, il est possible de cartographier la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de...), qu'elle soit "ordinaire" ou – pour la plus grande partie – "noire". La matière présente dans l'Univers n'est pas distribuée uniformément: certaines régions la concentrent au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en...) de galaxies ; tandis que d'autres régions en sont quasiment vides. Les galaxies sont entrainées par des filaments vers les attracteurs gravitationnels et s'éloignent, donc apparaissent repoussées, par des régions vides. Cette distribution résulte en un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) de nœuds que l'on nomme la toile cosmique, historiquement définie grâce aux seules positions des galaxies.

La structure de cette toile cosmique est cohérente avec les routes déduites par les chercheurs au moyen de la mesure des vitesses des galaxies. De plus, cette toile cosmique des vitesses révèle une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur...) de certaines régions jusque-là restées Terra (Terra (pluriel terrae) est un mot d'origine latine qui désigne la Terre, le sol. Il est employé par l'Union astronomique internationale pour des étendues très vastes de terrains. Il est...) Incognita, telle la "zone d'obscuration galactique", où plusieurs filaments ont été découverts. Cette zone restait inaccessible pour l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) des galaxies et la détermination de leurs positions en raison de la poussière du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une...), qui cache les galaxies situées au-delà.

La visualisation est au cœur du processus de cartographie de la toile cosmique et de sa structure tridimensionnelle complexe. Cette architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) intriquée a pu être étudiée et comparée grâce aux capacités de visualisation du logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les...) SDvision développé au CEA(1). La publication scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...) est accompagnée par une vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de type photochimique. Le...) de visualisation. L'article propose également une innovation technique: une visualisation interactive permettant au lecteur d'explorer librement et en immersion la toile cosmique des vitesses et de la comparer avec la distribution des galaxies ; cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) s'appuie sur la plateforme de partage de visualisations interactives Sketchfab issue d'une start-up française.


Visualisation du réseau de la toile cosmique des vitesses. Les lignes de courant visualisent les flots de matière qui courent le long des filaments (en gris) et convergent vers les zones de compression dans les nœuds (en rouge). Le point (Graphie) d'origine (à l'intersection des 3 vecteurs rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), 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. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus...) et vert) correspond à la position de la Voie lactée. © D. Pomarède/ Y. Hoffman/ R.B. Tully/ H. Courtois
La combinaison (Une combinaison peut être :) de cette reconstruction de l'Univers à partir des vitesses avec la cartographie des positions des galaxies conforte le modèle standard en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.): les grandes structures de l'Univers se sont développées à partir de la croissance de minuscules fluctuations initiales sous l'influence notamment de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.).

Avec les mouvements des galaxies, les chercheurs peuvent déterminer comment est distribuée 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...) totale de l'Univers, constituée de matière ordinaire et de matière sombre cinq fois plus abondante. Reconstruisant alors la toile cosmique des vitesses, ils apportent à la communauté d'astrophysiciens une nouvelle façon d'appréhender la carte cosmique existante et de la compléter.

Comment reconstruire la toile cosmique des vitesses?

Les propriétés de compression et de dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à pression constante ou maintien du volume et augmentation...) des flots de matière ont été décrites à travers l'analyse d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) mathématique appelé "tenseur de cisaillement". Ainsi, une compression de ce flot (Flots) selon trois directions perpendiculaires révèle la présence d'un nœud de la toile, où la matière se concentre, tandis qu'une dilatation générale suivant trois directions trahit la présence d'un vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), dont la matière s'éloigne. La situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général...) intermédiaire avec compression suivant deux directions et dilatation dans la troisième signale elle un filament (voir Figure et vidéo).

- vidéo
- visualisation interactive

Un atlas de l'Univers constamment mis à jour

Telles nos cartes de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :), l'atlas de l'Univers est également constamment mis à jour, notamment par cette même équipe internationale qui en 2014 a découvert les frontières du continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme désigne une vaste étendue continue de...) de galaxies dans lequel nous vivons: Laniakea. En 2017 les chercheurs ont d'abord mis en évidence une "super autoroute (Une autoroute est une route réservée à la circulation des véhicules motorisés rapides (automobiles, motos, poids lourds) et dont le tracé permet de...) cosmique" sur laquelle voyagent les galaxies satellites (Satellite peut faire référence à :) et qui les focalise vers les grandes galaxies avant d'identifier la raison du déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens ...) de La Voie lactée à 630 km/s: le Dipole Repeller. Et aujourd'hui, cette définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) de la toile cosmique des vitesses a été rendue possible grâce à la collecte étendue et standardisée de distances (obtenues avec différents télescopes) et de vitesses de galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la...) regroupées dans la série de catalogues CosmicFlows. L'analyse actuelle est basée sur une étude des 8 000 galaxies du catalogue Cosmicflows-2. Déjà, une nouvelle collection de 18 000 distances et vitesses de 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.) est disponible dans le catalogue Cosmicflows-3. Son analyse permettra de révéler une toile cosmique des vitesses riche de détails encore plus fins.

Références publication:
?The Cosmic V-Web, D. Pomarède, Y. Hoffman, H.M. Courtois, R.B. Tully, The Astrophysical Journal, 845 (2017) p. 55, https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa7f78

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Source: CEA