Le Mur du Pôle Sud: cosmic winter is coming

Publié par Adrien le 13/07/2020 à 09:00
Source: CEA IRFU
Une collaboration internationale rassemblant l'Irfu (CEA, Université Paris-Saclay), l'Institut d'Astronomie de l'Université d'Hawaï, le LPC (Université Clermont Auvergne), l'IP2I (Université Claude Bernard de Lyon), et le Racah Institute of Physics (Université Hébraïque de Jérusalem), a découvert une immense structure dans la distribution des galaxies, baptisée "Mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) du Pôle Sud (Le pôle Sud est le point le plus au sud de la surface de la Terre, diamétralement opposé au pôle Nord. Il est situé sur le continent Antarctique.)".


Visualisation en 3D de notre cosmographie. Notre galaxie la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la...) est située au centre et l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de la carte couvre une région de dimension (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...) 1 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf...) d'années-lumière. Les surfaces grises et rouges représentent la structure de La Toile Cosmique, parmi laquelle se distingue le Mur du Pôle Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.). En forme d'arc, il enlace le bassin d'attraction gravitationnelle de Laniakea, notre superamas (En astronomie, un superamas est une association d'amas et de groupes de galaxies.) de galaxies, représenté en 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...). Les vides cosmique du Répulseur du Dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) et du Répulseur du Point (Graphie) Froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) sont représentés par des volumes vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain...) sombre semi-transparents.

Voilà un mur que les White Walkers ne franchiront pas...

Grâce à une méthode fondée sur les champs de vitesses des galaxies, cette région du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), jusqu'à lors inconnue car masquée par des nuages moléculaires et de poussières situés en avant plan dans 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.), apporte une nouvelle pièce au puzzle de la toile cosmique de notre Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) proche. Cette toile cosmique est constituée de nœuds connectés par des filaments, séparant des vides. Les galaxies sont entraînées des vides vers les filaments puis vers les attracteurs gravitationnels situés aux nœuds de la toile. Les filaments, pris en sandwich entre des vides, peuvent prendre une forme aplatie pour constituer des murs.

Le Mur du Pôle Sud a une section rectiligne immense (220 Mpc) aux extrémités desquelles il s'incurve pour épouser la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut fortement varier suivant les...) de Laniakea. Ces travaux sont publiés dans APJ journal.

Un peu d'histoire....

La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) a été marquée ces quarante dernières années par la découverte de structures de plus en plus grandes, à mesure que les instruments permettaient de sonder des régions de l'Univers de plus en plus vastes et lointaines:
- En1989, une équipe du Smithsonian Center for Astrophysics met à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le...) le Grand Mur, une structure de dimension 500 millions d'années-lumière connectant notamment les 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 plutôt de groupe de galaxies, même si la frontière entre groupe et...) dans les constellations d'Hercule et de la Chevelure de Bérénice.
- En2003, c'est la découverte, grâce au relevé digital automatisé SDSS Sloan Digital Sky Survey, du Grand Mur de Sloan, une structure filamentaire de dimension 1,4 milliards d'années-lumière et située à environ 1 milliard d'années-lumières.
- Treize ans plus tard, en 2016, dans le cadre du Baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les représentants les plus connus sont le proton et le neutron. Le terme « baryon » vient du grec barys...) Oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations...) Spectroscopic Survey, c'est l'identification du Grand Mur de BOSS, un complexe de morphologie similaire à celle du Grand Mur de Sloan, mais à beaucoup plus grande distance.

Des régions inexplorées....

Dans cette histoire des découvertes des grandes structures, une région du ciel est demeurée essentiellement inexplorée, une "Astra Incognita", dans la direction du Pôle Sud Céleste (c'est-à-dire le long de la ligne définie par l'axe de rotation de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...), dans la direction Australe). Cette région, située aux limites observationnelles des télescopes implantés dans les observatoires situés les plus au sud, tel que l'Observatoire de Siding Springs en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande...), est caractérisée par la présence d'épais nuages de poussières galactiques, tel que le Complexe de nuages dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires,...) du Caméléon, ou la présence des Nuages de Magellan, deux galaxies satellites (Satellite peut faire référence à :) de la nôtre, qui masquent des pans entiers du ciel profond. Les relevés de galaxies ont donc été pénalisés par la présence de trous dans leurs couvertures du ciel dans cette région la plus australe.

Exploiter les mouvements des galaxies

Cependant, une nouvelle étude, basée sur l'analyse des mouvements des galaxies, a permis d'explorer pour la première fois cette région. En effet, le mouvement de ces dernières, généré par la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction réciproque des corps massifs entre eux, sous l'effet de leur masse. Il s'observe au quotidien en raison de l'attraction...), trahit la présence de 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...) y compris dans des régions non observées directement.

En utilisant la toute dernière génération du catalogue de vitesses de galaxies, Cosmicflows-3, qui compte environ 18 000 mesures de vitesses de galaxies ou groupes de galaxies, une reconstruction de la distribution de la matière en 3D dans le ciel austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) a révélé la présence d'un mur inconnu jusque-là: le Mur du Pôle Sud. Il est de morphologie et de dimension similaires à celle du Grand Mur de Sloan, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en étant deux fois plus proche de nous. Son coeur est situé dans la Constellation du Caméléon, et il comprend un long filament quasi rectiligne connectant des secteurs particulièrement denses dans les constellations de l'Oiseau (Un oiseau (ou classe des Aves) est un animal tétrapode appartenant à l'embranchement des vertébrés. S'il existe près de 10 000 espèces d'oiseaux, très...) de paradis et du Lièvre.

Se prolongeant en s'incurvant pour atteindre le secteur de la constellation d'Eridan près de l'équateur céleste, il décrit un immense arc qui enlace les frontières du Sud de Laniakea, le bassin d'attraction gravitationnel dans lequel est situé notre galaxie, la Voie Lactée.


Une carte du ciel centrée sur le Pôle Sud Céleste représentant le Mur du Pôle Sud.

Les contours de trois niveaux du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les...) cartographient les régions plus denses que la moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques...) de l'Univers: un niveau bas en gris, un niveau intermédiaire et un niveau élevé en nuances de rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). Le Mur du Pôle Sud est adjacent à la zone d'obscuration causée par la poussière galactique, et il est situé en vis-à-vis du superamas de Shapley au travers de la zone d'obscuration.

Les positions des pics du champ de densité sont indiquées et nommées en utilisant les noms des constellations dans lesquelles ils sont situés, + leur vitesse (On distingue :) de récession cosmologique en unités de 1000 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une...), qui constitue un indicateur de leur distance. Par exemple, au coeur du Mur du Pôle Sud, le pic de densité Chamaeleon+11.8 se trouve à une vitesse de récession de 11800 km/s, soit une distance de 157 Mégaparsecs, soit environ 500 millions d'années-lumière.

Le catalogue s'élargit...

Poursuivant cette entreprise de cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit représentant un...) du Cosmos, la collaboration travaille désormais à la préparation de la future génération de catalogue de vitesses de galaxies, Cosmicflows-4 constitué d'environ 30 000 galaxies, avec l'inclusion de nouvelles mesures obtenues dans l'Hémisphère Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) avec les radiotélescopes de Green Bank et Arecibo .

Contact:
Daniel Pomarède (Irfu/CEA), Hélène Courtois (Université Lyon 1)

Article de cette étude à paraitre dans The Astrophysical Journal:
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab9952
Cosmicflows-3: The South Pole Wall
Daniel Pomarède, R. Brent Tully, Romain Graziani, Hélène M. Courtois, Yehuda Hoffman, Jérémy Lezmy, ApJ (2020).
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