L'univers est imprégné d'une vaste toile invisible, ses vrilles tissant à travers l'espace. Mais malgré l'organisation de la matière que nous voyons dans l'espace, cette toile sombre est invisible. En effet, 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, les chercheurs ont illuminé certains des coins les plus sombres de l'univers.
Tisser le web
Il y a longtemps, l'univers était plus chaud, plus petit et plus dense qu'aujourd'hui. 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 restreint 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 une attraction gravitationnelle légèrement plus importante que leur voisinage, et la matière avait donc tendance à s'y déverser. En grandissant de cette façon, 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, à mesure que les pépites grandissaient, les espaces entre elles se vidaient.
Au cours du temps cosmique, les riches se sont enrichis et les pauvres se sont appauvris.
Finalement, les plaques denses se sont développées pour devenir les premières étoiles, galaxies et amas, tandis que les espaces entre eux sont devenus les grands vides cosmiques.
Maintenant, après 13,8 milliards d'années dans ce projet de construction massif, le travail n'est pas tout à fait terminé. La matière continue de couler des vides, rejoignant des groupes de galaxies qui se jettent dans des amas denses et riches. Ce que nous avons aujourd'hui est un vaste réseau complexe de filaments de matière: le Web cosmique.
Une lumière dans le noir
La grande majorité de la matière dans notre univers est sombre; il n'interagit pas avec la lumière ou avec la matière "normale" que nous voyons comme les étoiles et les nuages de gaz et d'autres choses intéressantes. En conséquence, une grande partie du Web cosmique est complètement invisible pour nous. Heureusement, là où la matière noire s'accumule, elle traîne également avec de la matière régulière pour se joindre au plaisir.
Dans les poches les plus denses de notre univers, où les murmures 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 disent où se cache la matière noire cachée, nous donnant un aperçu fantomatique de la véritable structure du Web cosmique.
Avec cette vue biaisée, nous pouvons facilement voir les clusters. Ils apparaissent comme des villes géantes vues d'un vol aux yeux rouges. Nous savons à coup sûr qu'il y a une énorme quantité de matière noire dans ces structures, car vous avez besoin de beaucoup de force gravitationnelle pour regrouper 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 là. 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 vrilles minces de galaxies agissent comme de grandes autoroutes cosmiques traversant des vides noirs, reliant des grappes urbaines lumineuses.
À travers une lentille sombre
Ces filaments de la toile cosmique sont la partie la plus difficile à étudier de la toile. Ils ont quelques galaxies mais pas beaucoup. Et ils ont toutes sortes de longueurs et d'orientations; en comparaison, les clusters 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 vraiment eu du mal à les voir.
Récemment, cependant, une équipe d'astronomes a fait une avancée majeure dans la cartographie de notre web cosmique, en publiant leurs 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 galaxies rouges lumineuses (LRG) du levé Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS). Les LRG sont des bêtes massives des galaxies, et elles ont tendance à se placer au centre de taches denses de matière noire. Et si les LRG se trouvent dans les régions les plus denses, alors les lignes les reliant devraient être faites des filaments les plus délicats.
Mais regarder l'espace entre deux LRG ne va pas être 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 totale à la lumière. Cela a permis aux chercheurs de mesurer la quantité de matière normale constituée par les filaments entre les LRG. Ensuite, les chercheurs ont examiné les galaxies derrière les filaments, et plus précisément leurs formes.
Alors que la lumière de ces galaxies de fond transperçait les filaments intermédiaires, la gravité de la matière noire dans ces filaments poussa doucement la lumière, déplaçant très légèrement les images de ces galaxies. En mesurant la quantité de décalage (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 (autre point de l'existence de la matière noire). Les scientifiques ont également confirmé que les filaments n'étaient pas entièrement sombres. Pour chaque valeur de 351 soleils de masse dans les filaments, il y avait 1 soleil de valeur lumineuse.
C'est une carte grossière des filaments, mais c'est la première, et elle montre clairement que 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 and Space Radio, et auteur de Your Place in the Universe.
