Deux nouvelles cartes révèlent les gigantesques structures de l'Univers

Des structures géantes s'étirant sur plus d'un milliard d'années-lumière viennent d'être révélées par deux nouvelles cartes de la distribution des galaxies dans l'Univers. Les atlas mis à jour renforcent encore l'idée d'une domination de la matière et de l'énergie noires. Pour établir ces cartes, les scientifiques ont recueilli la position dans le ciel et la couleur de plus d'un million de galaxies à partir des données de l'étude SDSS (Sloan Digital Sky Survey).

Afin de distribuer ces galaxies dans les trois dimensions, les chercheurs devaient également connaître la distance entre chacune d'elles et la Terre, ce qui aurait pu être réalisé en analysant le décalage du spectre de chaque galaxie dû à l'expansion de l'univers, mais ce travail aurait été titanesque. Aussi, des moyens automatiques pour assigner des distances aux centaines de milliers de galaxies ont dû être utilisés. Les chercheurs ont observé plus particulièrement une classe de galaxies, très anciennes et brillantes, appelées galaxies rouges lumineuses, dont les couleurs réelles sont bien connues. Le décalage de leurs couleurs étant facilement mesurable, leurs distances à la Terre ont pu en être déduites


C'est ainsi qu'une des équipes, conduite par Chris Blake de l'université de Colombie Britannique, au Canada, a réalisé la plus grande carte céleste jamais produite. Elle inclut plus d'un million de galaxies dont la plus lointaine se situe à plus de 5 milliards d'années-lumière de la Terre. L'autre groupe, conduite par Nikhil Padmanabhan de l'université de Princeton aux USA, a observé 600.000 galaxies couvrant une région équivalente, soit environ un dixième du ciel. Les deux cartes ne se fondent cependant que sur 10.000 mesures spectrales.

L'équipe de Padmanabhan a utilisé les mesures des galaxies rouges pour calibrer la corrélation entre la couleur des galaxies et leur distance. Pour produire la "carte à un million de galaxies", Adrian Collister et Ofer Lahav, de l'université britannique de Cambridge, ont "appris" à un algorithme informatique à proposer des distances approximatives pour les galaxies présentes dans les données SDSS en se basant sur les coordonnées, couleurs et distances des 10.000 galaxies "connues". "A partir des couleurs et des positions de seulement 10.000 galaxies, nous avons obtenu les distances de plus d'un million d'objets", note Lahav.

Etudier l'évolution de l'Univers

Les deux équipes ont pu identifier des configurations particulières dans la distribution des galaxies indiquant la présence de grandes structures. "C'est l'une des premières détections de si grandes structures", remarque Padmanabhan. "Le seul autre endroit où elles ont été détectées est dans le fond cosmique micro-onde", la postluminescence du Big Bang. En comparant les structures les plus lointaines, observées à un moment où l'univers n'avait que quelques centaines de milliers d'années, à celles produites par la nouvelle étude, qui datent d'une période où l'univers avait environ 8 milliards d'années, les chercheurs pourront évaluer les théories de l'évolution de l'univers.

Les deux études confirment par ailleurs que la distribution des galaxies et les structures de l'univers s'accordent le mieux avec les modèles selon lesquels la matière normale ne compose que quelques pour cent de l'univers, la matière noire environ un quart, et l'énergie noire le reste.

Des ondes sonores cosmiques

Les deux groupes ont également détecté dans leurs cartes des vestiges d'ondes sonores cosmiques, émises peu de temps après le Big Bang. Les premières preuves de l'existence de ces ondes, dont on suppose qu'elles ont été piégées dans le brouillard dense de gaz et de photons de l'Univers primordial, avaient été remarquées par des astronomes l'année dernière.

"Nous pouvons détecter les restes de ces ondes sonores dans la distribution des galaxies. Ce sont des échos d'un temps où l'univers n'était âgé que de 300.000 ans, lorsque le cosmos était si chaud et si dense que les atomes d'hydrogène étaient ionisés en protons et en électrons", explique Blake.

Les scientifiques ont constaté que l'amplitude des ondes augmentait légèrement la probabilité de trouver des galaxies distantes de 500 millions d'années-lumière plutôt que de n'importe quelle autre distance. Une telle "grille" pourrait aider les astronomes à retracer l'histoire de l'expansion de l'univers et à évaluer l'exactitude des mesures astronomiques de distance.

Ces nouvelles études sont les premières à détecter ces ondes depuis la Terre. "Mesurer cette 'grille standard' à différentes époques est l'un des meilleurs outils que nous avons pour étudier l'énergie noire, un des éléments de la cosmologie moderne que nous comprenons le moins", remarque David Schlegel, un autre membre de l'équipe de Padmanabhan.