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Une équipe internationale d’astronomes1 dirigée par Mathilde Jauzac, du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM-CNRS/Université d’Aix-Marseille), a réalisé la première étude en trois dimensions d’un filament cosmique de matière sombre. En utilisant des données du télescope spatial Hubble (ESA/NASA)2, elle a pu découvrir que ce filament, inclus dans la toile cosmique, nourrit l’un des amas de galaxies les plus massifs de l’Univers et s’étend sur plus de 60 millions d’années-lumière. En extrapolant la très grande masse mesurée de ce filament à l’ensemble de la « toile cosmique », cette étude permet d’estimer que ces structures devraient contenir plus de la moitié de la masse totale de notre Univers.
La théorie du Big Bang prédit que les fluctuations de matière aux premiers instants de notre Univers sont responsables de la condensation de la majorité de la matière et que celle-ci se concentre en un enchevêtrement de filaments. Cette hypothèse a été validée par les simulations numériques : elles suggèrent que notre Univers est structuré en une « toile cosmique » de filaments à l’intersection desquels se situent des amas de galaxies très massifs. Ces filaments, très étendus et très diffus, sont principalement constitués de matière sombre.
Alors qu’un filament a été détecté pour la première fois en juillet 20124, l’équipe internationale dirigée par Mathilde Jauzac vient à son tour d’analyser un autre filament cosmique, mais cette fois en trois dimensions : une prouesse d’autant plus remarquable que ces filaments sont extrêmement étendus et très diffus, ce qui les rend très difficiles à détecter. Cette innovation a permis de déterminer la densité volumique du filament et de le comparer aux simulations.
Pour cela, l’équipe a combiné des images haute-résolution de l’amas de galaxies MACSJ0717 et du champ voisin provenant du télescope spatial Hubble, avec des images provenant des télescopes au sol Subaru (NAO) et Canada-France-Hawaii (CFHT), puis avec des données spectroscopiques des galaxies de l’amas provenant des observatoires Keck et Gemini.
Cette technique a notamment permis à l’équipe de localiser des milliers de galaxies au sein du filament, et de mesurer le déplacement de la plupart d’entre elles. C’est en combinant les positions et les vitesses de toutes ces galaxies que les astronomes ont pu révéler la forme du filament en trois dimensions, ainsi que son orientation : il s’étend sur près de 60 millions d’années lumière de long derrière MACSJ0717, quasiment aligné avec notre ligne de visée. Il s’agit donc d’une structure exceptionnelle, même aux échelles astronomiques : si la masse mesurée peut-être considérée comme représentative des filaments proches d’amas géants, alors les filaments cosmiques devraient contenir plus de la moitié de la masse de notre Univers, bien plus que ne le prévoyaient les théoriciens.
Le futur télescope spatial, le NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope, sera un outil puissant et essentiel pour détecter ces filaments cosmiques, grâce à sa très haute résolution.
Dim 21 Oct - 7:58