[News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

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Michel
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[News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par Michel » 18/10/2012 - 23:00:23

Une équipe internationale d'astronomes dirigée par Mathilde Jauzac, du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université), a réalisé la première étude en trois dimensions d'un filament cosmique de matière sombre. En utilisant des données du télescope spatial Hubble (1), elle a pu découvrir que ce filament, inclus dans la toile cosmique, nourrit l'un des amas de galaxies les plus massifs de l'Univers et s'étend sur plus de 60 millions d'années-lumière. En extrapolant la très grande masse mesurée de ce filament à l'ensemble de la « toile cosmique », cette étude permet d'estimer que ces structures devraient contenir plus de la moitié de la masse totale de notre Univers. Ce résultat est publié en ligne sur MNRAS.

Image
© NASA, ESA, Harald Ebeling (University of Hawaii at Manoa) & Jean-Paul Kneib (LAM)


La théorie du Big Bang prédit que les fluctuations de matière aux premiers instants de notre Univers sont responsables de la condensation de la majorité de la matière et que celle-ci se concentre en un enchevêtrement de filaments. Cette hypothèse a été validée par les simulations numériques : elles suggèrent que notre Univers est structuré en une « toile cosmique » de filaments à l'intersection desquels se situent des amas de galaxies très massifs. Ces filaments, très étendus et très diffus, sont principalement constitués de matière sombre (2).

Alors qu'un filament a été identifié pour la première fois en juillet 2012 (3), une équipe internationale, comprenant des chercheurs français du LAM et du Centre de recherche astrophysique de Lyon (CNRS/ENS Lyon/Université Lyon 1), vient à son tour d'analyser un autre filament cosmique, mais cette fois en trois dimensions : une prouesse d'autant plus remarquable que ces filaments sont extrêmement étendus et très diffus, ce qui les rend très difficiles à détecter. Cette innovation a permis de déterminer la densité volumique du filament et de le comparer aux simulations.

Pour cela, l'équipe a combiné des images haute-résolution de l'amas de galaxies MACSJ0717 et du champ voisin provenant du télescope spatial Hubble, avec des images provenant des télescopes au sol Subaru (NAO) et Canada-France-Hawaii (CFHT), puis avec des données spectroscopiques des galaxies de l'amas provenant des observatoires Keck et Gemini.

Cette technique a notamment permis à l'équipe de localiser des milliers de galaxies au sein du filament, et de mesurer le déplacement de la plupart d'entre elles. C'est en combinant les positions et les vitesses de toutes ces galaxies que les astronomes ont pu révéler la forme du filament en trois dimensions, ainsi que son orientation : il s'étend sur près de 60 millions d'années lumière de long derrière MACSJ0717, quasiment aligné avec notre ligne de visée. Il s'agit donc d'une structure exceptionnelle, même aux échelles astronomiques : si la masse mesurée peut-être considérée comme représentative des filaments proches d'amas géants, alors les filaments cosmiques devraient contenir plus de la moitié de la masse de notre Univers, bien plus que ne le prévoyaient les théoriciens.

Le futur télescope spatial, le NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (4), sera un outil puissant et essentiel pour détecter ces filaments cosmiques, grâce à sa très haute résolution.


Notes:

(1) Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre l'ESA et la NASA.

(2) La matière sombre, qui représente à peu près les trois quarts du contenu en matière de notre Univers, ne peut être observée directement car elle n'émet pas ni ne réfléchit la lumière. De plus elle peut passer au travers d'autres types de matière, sans friction (on dit qu'elle n'est pas collisionnelle). Cette matière interagit uniquement par gravité et sa présence peut être détectée par ses effets gravitationnels, par exemple ses effets sur la vitesse de rotation des galaxies, ou encore son effet sur la trajectoire des rayons lumineux, en accord avec la théorie de la Relativité Générale.

(3) Nature, J. Dietrich et al. « A filament of dark matter between two clusters of galaxies » le 4 Juillet 2012.

(4) Le télescope spatial James Webb (JWST) sera le successeur du télescope spatial Hubble, dont il est prévu qu'il prenne la relève en 2018. C'est une mission dirigée par la NASA à laquelle participe l'Europe, sous la responsabilité de l'Agence Spatiale Européenne (ESA), et le Canada, à travers l'Agence Spatiale Canadienne (CSA). Le télescope aura une surface collectrice 7 fois plus grande que le HST et sera consacré à l'observation de l'Univers dans le rayonnement infrarouge (de 1 à 27 microns de longueurs d'onde).


Références:

Mathilde Jauzac, Eric Jullo, Jean-Paul Kneib, Harald Ebeling, Alexie Leauthaud, Marceau Limousin, Richard Massey, Johan Richard. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, octobre 2012


Source: CNRS

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cisou9
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Re: [News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par cisou9 » 19/10/2012 - 10:20:12

:_salut:
très étendus et très diffus, sont principalement constitués de matière sombre

Si ça continue comme cela, bientôt nous n'aurons plus besoin de matière noir pour constituer notre univers. :jap:
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Re: [News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par Dudu » 19/10/2012 - 11:53:48

Je suis étonné de voir que les filaments sont constitués de matière sombre........

Parce que bon, c'est beaucoup trop affirmatif de dire que la matière sombre ou noire existe vue qu'on en a jamais observé....

C'est juste un objet théorique ou plutôt un "patch" qui reflète parfaitement l'ignorance des physiciens

Donc de quoi sont fait ces filaments ?

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Re: [News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par kace » 19/10/2012 - 12:16:57

cisou9 a écrit ::_salut:
très étendus et très diffus, sont principalement constitués de matière sombre

Si ça continue comme cela, bientôt nous n'aurons plus besoin de matière noir pour constituer notre univers. :jap:

Je pense qu'on en est loin, ne serait-ce qu'au sein des galaxies où ces filaments ne sont pas présents ou négligeables.
Par contre, le meilleur argument contre la Matière Noire me semble être le suivant : à partir de la seule matière visible (étoiles, nuages de gaz et gaz diffus intergalactique au sein des amas de galaxies), et en modifiant de manière adéquate la gravité (approche "MOND"), on explique très bien ce que l'on observe ...
Il reste bien quelques zones d'ombre sur plusieurs cas particuliers : il manque encore un peu de masse dans les amas de galaxies, genre un facteur 2 (mais si des neutrinos stériles existent, ils pourraient l'expliquer !); l'amas du "boulet" est un peu problématique même si MOND peut plus ou moins l'expliquer; les effets de MOND sur le fonds cosmologique diffus n'expliquent pas très bien les observations (mais le modèle standard avec matière noire non plus, donc 1 partout la balle au centre); etc ... C'est un peu frustrant, mais n'est pas éliminatoire non plus, notamment à la lumière des résultats stupéfiants : mesurez la masse visible, appliquez MOND et vous saurez à quelle vitesse tourne les étoiles : et ça marche !!! Alors qu'avec le modèle standard, il faut à chaque fois que la quantité de matière noire soit ajustée "à la main" pour expliquer les observations. Mais qu'en fait, cet ajustement à la main, qui devrait logiquement être aléatoire, est parfaitement prédit par MOND ...
Donc de 2 choses l'une :
- soit MOND explique réellement la réalité, et il faut se rendre à l'évidence, la relativité générale est à revoir (à "compléter en fait", car elle marche bien en champs forts, mais manifestement différemment en champs très faibles)
- soit la quantité de matière noire est à chaque fois pile ce qui est nécessaire pour expliquer les vitesses des étoiles et galaxies ... Soit c'est une coïncidence, mais la probabilité est virtuellement nulle, soit les quantités de matière visible et noire sont toujours fortement corrélées. Cette 2è hypothèse semble la seule possible, sauf que la matière noire est censée interagir très faiblement avec la matière visible (via la gravité uniquement). Au grès des interactions de galaxies, où matière noire et visibles réagissent différemment, pourquoi n'observe-t-on jamais de gros amas de matière noire avec peu de matière visible, et inversement des galaxies avec quasiment aucune matière noire ... ? Au final, la coïncidence entre masse visible et noire semble inexpliquable ...
Du coup, MOND (ou une variante "proche") me semble inévitable pour expliquer notre Univers : reste à comprendre MOND, qui n'est qu'une loi phénoménologique sans explication physique claire, ce qui est doublement gênant (1. d'où ça sort ? 2. parmi toutes les variantes, quelle est la bonne ?).
Je sais que je vais un peu trop vite à la conclusion, mais considère que la matière noire est une illusion et qu'il faut se concentrer sur les pourquoi et comment des modifications de la gravité en champ faible ...

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Re: [News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par QJ » 19/10/2012 - 12:58:54

Et pourquoi...

Ne faudrait-il pas simplement remettre en cause nos connaissances sur les trous noirs super-massifs au centre des galaxies.

On ne comprends que trop peu de choses à leurs propos d'un point de vue physique fondamentale.

Et leurs interaction par rapport a leur galaxies tout entière est bien mal compris aussi.

Il y a tant d'anomalies et d'incompréhensions de la gravité sur les longues distances que l'on ne peut que remettre en cause nos connaissances.
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Re: [News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par TBBUIM » 19/10/2012 - 13:07:32

Ne pourrait-on pas se servir de ces "filaments" pour voyager à travers l'espace?..

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Re: [News] Les filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers

Message par bongo1981 » 19/10/2012 - 13:11:53

kace a écrit :Au grès des interactions de galaxies, où matière noire et visibles réagissent différemment, pourquoi n'observe-t-on jamais de gros amas de matière noire avec peu de matière visible, et inversement des galaxies avec quasiment aucune matière noire ... ? Au final, la coïncidence entre masse visible et noire semble inexpliquable ...
Tu as raison, et il faut un modèle cosmologique pour l’expliquer.
A priori le scénario du Big Bang pourrait répondre en partie à ces questions. En effet, la matière noire interagissant très faiblement avec la matière et le rayonnement, elle s’est refroidit plus vite (alors que la matière restait couplée avec le rayonnement jusqu’à 380 000 ans après le Big Bang). De ce fait, la matière noire a pu s’agglomérer un peu, mais pas trop, parce que le problème de la matière noire, est qu’elle ne peut perdre de l’énergie en rayonnant des photons comme la matière ordinaire, c’est pourquoi la matière noire a juste renforcé les grumeaux pour que la matière ordinaire s’y condense.

Au final, on comprend assez bien pourquoi les effets de la matière noire ne se font pas trop sentir, puisque sa densité est faible, comparée à la matière ordinaire (toujours selon le scénario Lambda CDM). Plus on s’éloigne du centre de la galaxie, et plus l’effet de la matière noire se fait sentir (augmentation du champ en r, comme le modèle d’une sphère à masse volumique constante).

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