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Des filaments qui relient les galaxies : une découverte fascinante

L'univers est très vaste et surtout constitué de vide. Néanmoins, la matière n'y est pas répartie au hasard : elle suit une structure. Des nuages de gaz font partie de cette structure. Si la théorie avait prévu leur existence, ceux-ci ont été récemment observés.

"Vers l'infini, et au-delà". C'est la devise de Buzz l’Éclair dans "Toy Story", mais surtout, finalement, un bon résumé de notre univers. Ses dimensions dépassent l'imagination et il est difficile de connaître, et encore plus d'observer, des objets et des structures si grands et si lointains.

Notre environnement "proche"

Quelle est la structure de l'univers ? A cette question, on pense souvent au système solaire, avec son étoile, ses huit planètes, ses astéroïdes et ses comètes. Quelle réduction ! Si l'univers est surtout plein de vide, il n'en possède pas moins une structuration à toutes les échelles ! La force qui met tous les objets de l'univers en mouvement est la seule qui s'exerce à grande échelle : la gravité.

Notre étoile, le Soleil, est accompagnée des divers corps qui tournent autour de lui. Mais il est lui-même en orbite autour de Sagittaire A*, le trou noir super massif qui est au centre de la Voie Lactée, notre galaxie. Celle-ci compte environ 200 milliards d'étoiles pour un diamètre de 120.000 années-lumière. Autrement dit, lorsque nous regardons en direction du centre de notre galaxie, nous le voyons tel qu'il était alors que l'homme n'avait pas encore peint les parois de la grotte de Lascaux !

Les plus grandes structures de l'univers

Notre galaxie est entourée de plusieurs petites galaxies satellites, comme les Nuages de Magellan ou la galaxie naine du Fourneau. Avec la galaxie d'Andromède, ses propres satellites et d'autres galaxies de moindre importance, elle forme le Groupe Local. Les groupes locaux de galaxie se regroupent également pour former des amas, et les amas en superamas. Le nôtre est le superamas de la Vierge. Il compterait environ 10.000 galaxies pour une dimension de 200 millions d'années-lumière.

Il existe des structures encore plus grandes : le superamas de la Vierge fait lui-même partie d'un groupe de trois superamas nommé Laniakea. On estime qu'il y aurait environ six millions de superamas dans l'univers observable. Et l'univers continue son expansion, ne l'oublions pas. Tout ce monde se déplace sous l'influence de la gravité, mais les distances sont telles que, hormis pour les objets de notre système solaire, le ciel paraît immuable aux échelles de temps humaines.

De la déduction à l'observation

Toutes ces structures ne sont pas distribuées de manière égale dans l'espace. Elles sont globalement alignées pour former un réseau. C'est la toile cosmique. Les amas de galaxies forment les nœuds de ce réseau, et les gaz présents dans l'espace intergalactique en forment les filaments. Les forces de gravitation font circuler ces gaz vers les amas, où ils se concentrent. Ce modèle avait été obtenu par des simulations basées sur les modèles cosmologiques.

Pour la confirmation par l'observation, il a fallu attendre jusqu'en 2019. Un groupe de chercheurs a enfin pu observer ces nuages d'hydrogène formant des filaments et se déplaçant en direction de galaxies dans lesquelles des étoiles sont en formation. Cette observation est d'une grande difficulté car ces nuages de gaz sont très diffus et émettent peu de rayonnements. De plus, ces rayonnements peuvent être absorbés, dispersés ou déviés par de nombreux objets durant les milliards d'années que dure leur voyage jusqu'à nous. Jusqu'à présent, les scientifiques n'avaient que des indices indirects sur l'existence effective de ces filaments.

L'observation concrète a été faite par une équipe dirigée par un astronome japonais, Hideki Umehata, à l'aide d'instruments du Very Large Telescope, la station d'observation astronomique européenne installée sur le Cerro Paranal, au Chili. Les instruments ont été pointés vers une région du ciel dans laquelle se trouve un amas en formation, à 12 milliards d'années-lumière de nous. Les nuages de gaz alentour sont réchauffés par les galaxies voisines et réémettent à leur tour cette énergie à des longueurs d'ondes bien précises. Ce n'est probablement qu'un début : les astronomes vont pouvoir étendre leur recherche à d'autres secteurs du cosmos pour découvrir d'autres filaments similaires.

Les conséquences d'une telle découverte

La conséquence la plus importante de cette observation est probablement une confirmation de l'existence de la matière noire, car cette dernière a été prise en compte dans les modèles cosmologiques ayant abouti à la découverte théorique de la toile cosmique.

Dans les modèles cosmologiques en cours actuellement, on considère en effet que la matière présente dans l'univers est constituée de seulement 15% de matière ordinaire. Le reste, de nature inconnue, est couramment appelé "matière noire", car elle n'émet ni ne diffuse aucun rayonnement et ne peut donc être observée directement. Néanmoins, la matière noire a une masse et donc une influence gravitationnelle sur son environnement. La matière noire est l'un des plus grands mystères de l'astrophysique.

Publié le 19 février 2020

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