Paul Sparks
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L'univers est imprégné d'une vaste toile invisible, ses vrilles se faufilant dans l'espace. Mais malgré l'organisation de la matière que nous voyons dans l'espace, cette toile sombre est invisible. C'est parce qu'il est composé de matière noire, qui exerce une attraction gravitationnelle mais n'émet aucune lumière.
Autrement dit, le Web était invisible jusqu'à présent. Pour la première fois, des chercheurs ont éclairé certains des coins les plus sombres de l'univers.
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Tisser la toile
Il y a longtemps, l'univers était plus chaud, plus petit et plus dense qu'il ne l'est maintenant. C'était aussi, en moyenne, beaucoup plus ennuyeux. Il n'y avait pas beaucoup de variation de densité d'un endroit à l'autre. Bien sûr, l'espace était beaucoup plus étroit dans l'ensemble, mais dans le jeune univers, peu importe où vous alliez, les choses étaient à peu près les mêmes.
Mais il y avait de minuscules différences aléatoires de densité. Ces pépites avaient légèrement plus d'attraction gravitationnelle que leur voisinage environnant, et donc la matière avait tendance à y affluer. En grandissant de cette manière, ils ont développé une influence gravitationnelle encore plus forte, attirant plus de matière, les faisant devenir plus gros, et ainsi de suite pendant des milliards d'années. Simultanément, alors que les pépites grandissaient, les espaces entre elles se vidaient.
Au cours du temps cosmique, les riches sont devenus plus riches et les pauvres sont devenus plus pauvres.
Finalement, les plaques denses sont devenues les premières étoiles, galaxies et amas, tandis que les espaces entre eux sont devenus les grands vides cosmiques..
Maintenant, 13,8 milliards d'années après ce projet de construction massif, le travail n'est pas tout à fait terminé. La matière s'écoule toujours des vides, rejoignant des groupes de galaxies qui s'écoulent en amas denses et riches. Ce que nous avons aujourd'hui est un vaste et complexe réseau de filaments de matière: la toile cosmique.
Une lumière dans le noir
La grande majorité de la matière de notre univers est sombre; il n'interagit pas avec la lumière ou avec aucune des matières «normales» que nous voyons comme des étoiles et des nuages de gaz et d'autres choses intéressantes. En conséquence, une grande partie de la toile cosmique nous est complètement invisible. Heureusement, là où la matière noire s'accumule, elle traîne également de la matière régulière pour se joindre à l'amusement.
Dans les poches les plus denses de notre univers, où les chuchotements gravitationnels de la matière noire ont influencé suffisamment de matière régulière pour se fondre, nous voyons la lumière: la matière régulière s'est convertie en étoiles.
Comme un phare sur un bord de mer noir et lointain, les étoiles et les galaxies nous indiquent où se cache la matière noire cachée, nous donnant un aperçu fantomatique de la véritable structure de la toile cosmique.
Avec cette vue biaisée, nous pouvons facilement voir les clusters. Ils surgissent comme des villes géantes vues d'un vol aux yeux rouges. Nous savons avec certitude qu'il y a une énorme quantité de matière noire dans ces structures, car vous avez besoin de beaucoup de force gravitationnelle pour rassembler autant de galaxies..
Et à l'extrémité opposée du spectre, nous pouvons facilement repérer les vides; ce sont les endroits où tout n'est pas. Parce qu'il n'y a pas de galaxies pour éclairer ces espaces, nous savons qu'ils sont, dans l'ensemble, vraiment vides.
Mais la grandeur de la toile cosmique réside dans les lignes délicates des filaments eux-mêmes. S'étendant sur des millions d'années-lumière, ces minces vrilles de galaxies agissent comme de grandes autoroutes cosmiques traversant des vides noirs, reliant des amas urbains lumineux..
À travers une lentille sombre
Ces filaments de la toile cosmique sont la partie la plus difficile à étudier. Ils ont quelques galaxies mais pas beaucoup. Et ils ont toutes sortes de longueurs et d'orientations; en comparaison, les amas et les vides sont un jeu d'enfant géométrique. Donc, même si nous connaissons l'existence de filaments, grâce à des simulations informatiques, depuis des décennies, nous avons eu du mal en fait, vous savez, à les voir.
Récemment, cependant, une équipe d'astronomes a fait une avancée majeure dans la cartographie de notre web cosmique, en publiant ses résultats le 29 janvier dans la base de données arXiv. Voici comment ils se sont lancés dans les affaires:
Tout d'abord, ils ont pris un catalogue des soi-disant galaxies rouges lumineuses (LRG) du levé Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Les LRG sont des bêtes massives de galaxies, et ils ont tendance à s'asseoir au centre de taches denses de matière noire. Et si les LRG se trouvent dans les régions les plus denses, les lignes les reliant doivent être faites des filaments les plus délicats.
Mais regarder l'espace entre deux LRG ne sera pas productif; il n'y a pas beaucoup de choses là-bas. Ainsi, l'équipe a pris des milliers de paires de LRG, les a réalignées et les a empilées les unes sur les autres pour créer une image composite..
En utilisant cette image empilée, les scientifiques ont compté toutes les galaxies qu'ils pouvaient voir, additionnant leur contribution lumineuse totale. Cela a permis aux chercheurs de mesurer la quantité de matière normale composant les filaments entre les LRG. Ensuite, les chercheurs ont regardé les galaxies derrière les filaments, et plus précisément leurs formes.
Alors que la lumière de ces galaxies d'arrière-plan transperçait les filaments intermédiaires, la gravité de la matière noire dans ces filaments poussait doucement la lumière, déplaçant très légèrement les images de ces galaxies. En mesurant la quantité de déplacement (appelée «cisaillement» par les scientifiques), l'équipe a pu estimer la quantité de matière noire dans les filaments.
Cette mesure s'alignait sur des prédictions théoriques (un autre point pour l'existence de la matière noire). Les scientifiques ont également confirmé que les filaments n'étaient pas entièrement sombres. Pour chaque 351 soleils de masse dans les filaments, il y avait 1 soleil de sortie de lumière.
C'est une carte grossière des filaments, mais c'est la première, et cela montre clairement que même si notre toile cosmique est principalement sombre, elle n'est pas complètement noire.
Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et au Flatiron Institute, animateur de Ask a Spaceman et Space Radio, et auteur de Your Place in the Universe.
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