Sur cette tranche de notre Univers local, les orbites que les galaxies ont suivies en blanc et les contours des régions de haute densité dans des tons jaune-orange. La Voie lactée est près du centre. Le noyau du « grand attracteur » du superamas de Laniakea se trouve à gauche, à environ 250 millions d’années-lumière de notre Galaxie et le superamas de Persée-Poissons est à une distance similaire de nous à droite. © Edward Shaya, Université du Maryland
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Reconstitution des mouvements de galaxies depuis 11,5 milliards d'années

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[EN VIDÉO] Comment les galaxies filent à 8.000 km/s  Une équipe internationale d’astronomes nous emmène à la découverte de l’Univers qui entoure notre Voie lactée sur 700 millions d’années-lumière. Avec notamment trois concentrations de matière : le superamas de Laniakea — celui qui abrite la Voie lactée — et son « grand attracteur », le superamas de Persée-Poissons et le « grand mur » reliant l’amas de la Chevelure de Bérénice à l’amas d’Hercule. Et nous montre cet Univers en mouvement. (en anglais) © Daniel Pomarède, Université de Paris-Saclay 

Retracer le chemin parcouru par les galaxies depuis le Big Bang, ce n'est pas simple. Car elles ne sont pas guidées simplement que par l'expansion. La gravité intervient elle aussi. Et des chercheurs sont parvenus à combiner tous ces paramètres pour nous offrir un aperçu de ce qu'ont pu être, au cours des 11,5 derniers milliards d'années, les mouvements de 10.000 galaxies dans un rayon de 350 millions d'années-lumière autour de la Voie lactée. Envoûtant...

Dans notre Univers, rien n'est éternel. Rien n'est statique non plus. Les comètes vont et viennent. La Terre tourne autour du Soleil. Les étoiles se déplacent dans la Voie lactée. Et même les galaxies ont du mal à tenir en place. Des mouvements qui, souvent, dépassent les échelles de temps auxquelles nos modestes vies humaines nous ont habitués.

Ce que nous proposent aujourd'hui des chercheurs de l'université d'Hawaï (États-Unis), de l'université du Maryland (États-Unis) et de l'université de Paris-Saclay, c'est de retracer les mouvements de 10.000 galaxies et amas de galaxies. De découvrir l'histoire de la formation de ces structures en démêlant les fils des interactions gravitationnelles qui les ont façonnées sur les 11,5 derniers milliards d'années.

Les astronomes ont calculé les trajectoires des galaxies en fonction de leur luminosité, de leur position et de leur mouvement actuels. Le tout s'appuyant sur ce que les chercheurs savent du taux d’expansion de notre Univers. De la vitesse à laquelle les galaxies distantes s'éloignent les unes des autres. Et tenant compte du fait qu'au fil de temps, la gravité exerce son influence pour former des filaments, des murs ou des amas d'une part et vider certaines régions d'autre part.

Les mouvements des galaxies, du passé au futur

Avec les millions d'années qui passent, le mouvement des galaxies s'éloigne de celui qu'il serait sous la seule influence de l'expansion de l'Univers. Dans les régions les plus denses, les orbites se compliquent. Des collisions peuvent même avoir lieu. Et les chercheurs, justement, en mettent en avant plusieurs.

Ainsi celui qu'ils appellent « le grand attracteur », le noyau du superamas de Laniakea. C'est un superamas qui contient celui de la Vierge dont fait partie la Voie lactée. La simulation montre des galaxies se dirigeant vers une zone située au milieu d'un regroupement de quatre amas. « Pendant plus de 30 ans, les astronomes ont considéré ce "grand attracteur" comme la principale source de gravité qui fait que toute la région proche de nous se déplace avec une vitesse particulière élevée par rapport à l'expansion cosmique uniforme, mais la nature de cette source est restée obscure, commente Brent Tully, astronome, dans un communiqué de l’université d’HawaïNos reconstructions d'orbite ont fourni le premier bon aperçu de cette région énigmatique ».

L'autre intérêt du travail réalisé par les chercheurs, c'est qu'il permet de se projeter dans le futur. De confirmer qu'avec l'expansion qui domine les mouvements, la plupart des galaxies s'éloignent les unes des autres. Toutefois, des collisions continueront à se produire. Même si aux grandes échelles de cette simulation, seules quelques fusions majeures peuvent apparaitre dans les 10 milliards d'années à venir. Toutes dans des régions très denses.

Pour en savoir plus

En vidéo :  des cartes de l’univers en mouvement

Une équipe de recherche internationale, impliquant en France l'Institut de physique nucléaire de Lyon et le CEA-Irfu 2, vient d'établir une cartographie dynamique de l'univers proche. Ces nouvelles cartes du cosmos sont disponibles sous la forme d'un film montrant les vitesses associées aux galaxies dans l'environnement de la Voie lactée. Les cartes dressées confirment le modèle cosmologique standard.

Article CNRS paru le 28/06/2013

NGC 6822, également connue sous le nom de galaxie de Barnard, est située à seulement environ 1,5 million d'années-lumière, et est donc un membre de notre groupe local de galaxies. Elle fait partie des galaxies étudiées dans la cadre du projet Cosmic Flow. © Local Group Galaxies Survey Team

Notre planète est située dans un bras spiral en périphérie d'une grande galaxie : la Voie lactée. Notre galaxie fait elle-même partie d'un superamas de 100.000 galaxies. À cette échelle, l'univers ressemble à une mousse de bulles de savon : de très grands vides sont connectés par des filaments et des superamas de galaxies.

Une équipe internationale, impliquant l'Institut de physique nucléaire de Lyon (université Claude-Bernard Lyon 1, CNRS), le CEA-Irfu, l'Institut d'astronomie de l'université d'Hawaï et l'Institut de physique Racah de l'université de Jérusalem, vient de publier des résultats permettant de décrire plus précisément les mouvements de la structure de notre univers local.

Cette vidéo montre des cartes des vitesses des galaxies autour de la Voie lactée et leurs mouvements. De telles cartes peuvent être comparées aux prédictions des simulations de l'univers observable reposant sur le modèle de la cosmologie standard avec matière noire et énergie noire. © HeleneCourtois, YouTube

Outils pour étudier matière et énergie noires

Fruits du projet scientifique Cosmic Flows(flux cosmiques), les travaux des chercheurs visent à diffuser à toute la communauté scientifique la cartographie dynamique de l'univers proche, grâce à des outils de visualisation sophistiqués. Le domaine couvert s'étend jusqu'à 300 millions d'années-lumière. Pour la première fois, un film accompagnant cette publication présente des cartes qui intègrent les mouvements des grandes structures de galaxies. Comme l'étude de la tectonique des plaques permet de remonter aux propriétés des profondeurs de la Terre, les mouvements d'ensemble des galaxies permettent d'étudier et de cartographier les composantes dominantes de l'univers : l'énergie noire et la matière noire. Le film dévoile ainsi des cartes de la répartition de la matière visible, les galaxies, directement comparées aux cartes de la matière noire invisible (une matière mystérieuse qui constituerait plus de 80 % de la matière de notre univers, et qui permettrait d'expliquer notamment les mouvements des galaxies).

Cartographier avec précision en 3D la matière totale (noire et lumineuse) dans un si grand volume est une première. La correspondance entre les puits de matière noire et la position des galaxies est clairement identifiée, apportant une confirmation directe du modèle standard de la cosmologie. Au moyen de zooms et de déplacements successifs du point de vue, ce film permet de suivre les structures et leurs mouvements dans les trois dimensions et sur différentes échelles. Ainsi, la communauté scientifique dispose aujourd'hui d'une meilleure représentation de l'univers qui nous entoure : un outil précieux pour les recherches à venir.

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