Découverte d'un énorme "trou" dans l'Univers

Des astronomes ont découvert un énorme trou dans l'Univers, de presque un milliard d'années-lumière de large, vide de matière normale comme des étoiles, des galaxies, de gaz, et de la mystérieuse et invisible "matière noire". Alors que des études précédentes avaient montré des trous, ou des vides, dans la structure à grande échelle de l'Univers, cette nouvelle découverte les fait paraître tout petit.


"Non seulement personne n'avait jamais trouvé un vide aussi grand, mais nous n'avions jamais même prévu d'en trouver un de cette taille," commente Laurent Rudnick (University of Minnesota). Rudnick, avec Shea Brown et Liliya R. Williams, également de l'Université du Minnesota, ont rapporté leurs résultats dans un papier accepté pour publication dans Astrophysical Journal.

Les astronomes savaient depuis des années que, sur de grandes échelles, l'Univers a des régions "vides", c'est à dire en grande partie dénuées de matière. Cependant, ces vides sont beaucoup plus petits que celui trouvé par Rudnick et ses collègues. "Ce que nous avons trouvé n'est pas normal, basé sur les études d'observations ou sur les simulations sur ordinateurs de l'évolution à grande échelle de l'Univers," ajoute Williams.

Une cartographie de l'Univers

Les astronomes ont tiré leur conclusion en étudiant des données du NVSS (NRAO VLA Sky Survey), un projet de cartographie du ciel entier visible avec le radio télescope VLA (Very Large Array) de la NRAO (National Radio Astronomy Observatory). Leur étude minutieuse des données du NVSS a montré une diminution remarquable dans le nombre de galaxies dans une région du ciel dans la constellation de l'Eridan (Eridanus).


"Nous savions déjà qu'il y avait quelque chose de différent au sujet de cette tache dans le ciel," ajoute Rudnick. La région avait été surnommée "WMAP Cold Spot", la "Tache Froide de WMAP", parce qu'elle sortait de l'ordinaire dans une carte du rayonnement de fond de micro-onde cosmique (CMB, pour Cosmic Microwave Background) faite par le satellite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotopy Probe), lancé par la NASA en 2001. Le CMB, les faibles ondes radio qui sont le rayonnement fossile émis par le Big Bang, est la première image de "l'Univers bébé" disponible. Les irrégularités dans le CMB montrent les structures qui ont existé seulement quelques cent mille années après le Big Bang. Le satellite WMAP a mesuré des différences de température dans le CMB avec une précision de l'ordre du millionième de degré. La région froide dans l'Eridan a été découverte en 2004.

Les astronomes se sont demandés si la tache froide était intrinsèque au CMB, et en conséquence indiquait une certaine structure dans le jeune Univers, ou si elle pouvait être provoquée par quelque chose de plus proche masquant notre observation. La découverte de la pénurie de galaxies dans cette région en étudiant les données du NVSS a résolu cette question. "Bien que nos résultats étonnants aient besoin de confirmations indépendantes, la température légèrement plus froide du CMB dans cette région semble être provoquée par un énorme trou exempt de quasiment toute matière à approximativement 6-10 milliards d'années-lumière de la Terre," ajoute Rudnick.

La relation entre le CMB et les différences de densité de matière dans l'Univers

Comment un manque de matière peut provoquer une température plus froide dans le rayonnement fossile du Big Bang vu depuis la Terre ?

Les photons du CMB gagnent un peu d'énergie quand ils traversent une région de l'espace peuplée de matière. Cet effet est provoqué par l'énigmatique "énergie sombre" qui accélère l'expansion de l'Univers. Ce gain d'énergie fait que le CMB semble légèrement plus chaud dans la direction de cette région. Inversement, quand les photons traversent un espace vide, le rayonnement CMB semble être plus froid.

L'accélération de l'expansion de l'Univers, et par conséquent l'énergie sombre, a été découverte il y a moins d'une décennie. Les propriétés physiques de l'énergie sombre sont inconnues, bien que ce soit de loin la forme la plus abondante d'énergie dans l'Univers aujourd'hui. L'étude de sa nature est l'un des problèmes actuels les plus fondamentaux en astrophysique.