Vue de Hubble sur l'amas de galaxies massives MACS J0717.5 + 3745. Crédit:
NASA, ESA, Harald Ebeling (Université d'Hawaï à Manoa) et Jean-Paul Kneib (LAM)
Plus tôt cette année, les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble ont pu identifier un mince filament de matière noire qui semblait lier ensemble une paire de galaxies éloignées. Maintenant, un autre filament a été trouvé, et les scientifiques ont pu produire une vue 3D du filament, la première fois que la matière noire difficile à détecter a pu être mesurée avec autant de détails. Leurs résultats suggèrent que le filament a une masse élevée et, selon les chercheurs, si ces mesures sont représentatives du reste de l'Univers, alors ces structures peuvent contenir plus de la moitié de toute la masse de l'Univers.
On pense que la matière noire faisait partie de l'Univers depuis le tout début, un reste du Big Bang qui a créé l'épine dorsale de la structure à grande échelle de l'Univers.
«Les filaments du Web cosmique sont extrêmement étendus et très diffus, ce qui les rend extrêmement difficiles à détecter, et encore moins à étudier en 3D», a déclaré Mathilde Jauzac, du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille en France et de l'Université du KwaZulu-Natal, dans le Sud. Afrique, auteur principal de l'étude.
L'équipe a combiné des images haute résolution de la région autour de l'amas de galaxies massives MACS J0717.5 + 3745 (ou MACS J0717 pour faire court) - l'un des amas de galaxies les plus massifs connus - et a découvert que le filament s'étend sur environ 60 millions d'années-lumière le cluster.
L'équipe a déclaré que leurs observations fournissaient le premier aperçu direct de la forme de l'échafaudage qui donne à l'Univers sa structure. Ils ont utilisé Hubble, le télescope Subaru de NAOJ et le télescope Canada-France-Hawaii, avec des données spectroscopiques sur les galaxies qui s'y trouvent provenant de l'observatoire WM Keck et de l'observatoire Gemini. L'analyse de ces observations ensemble donne une vue complète de la forme du filament lorsqu'il s'étend à partir de l'amas de galaxies presque le long de notre ligne de visée.
L'équipe a détaillé sa «recette» pour étudier le filament vaste mais diffus. .
Premier ingrédient: une cible prometteuse. Les théories de l'évolution cosmique suggèrent que des amas de galaxies se forment là où les filaments du réseau cosmique se rencontrent, les filaments canalisant lentement la matière dans les amas. "De nos travaux antérieurs sur MACS J0717, nous savions que ce cluster est en pleine croissance, et donc une cible privilégiée pour une étude détaillée du Web cosmique", explique le co-auteur Harald Ebeling (Université d'Hawaï à Manoa, USA), qui a dirigé l'équipe qui a découvert MACS J0717 il y a près d'une décennie.
Deuxième ingrédient: Techniques avancées de lentilles gravitationnelles. La célèbre théorie de la relativité générale d’Albert Einstein dit que le chemin de la lumière est courbé lorsqu’il passe à travers ou à proximité d’objets de grande masse. Les filaments de la toile cosmique sont en grande partie constitués de matière noire [2] qui ne peut pas être vue directement, mais leur masse est suffisante pour plier la lumière et déformer les images des galaxies en arrière-plan, dans un processus appelé lentille gravitationnelle. L'équipe a développé de nouveaux outils pour convertir les distorsions d'image en une carte de masse.
Troisième ingrédient: images haute résolution. La lentille gravitationnelle est un phénomène subtil et son étude nécessite des images détaillées. Les observations de Hubble ont permis à l'équipe d'étudier la déformation précise des formes de nombreuses galaxies cristallines. Cela révèle à son tour où se trouve le filament de matière noire caché. "Le défi", explique le co-auteur Jean-Paul Kneib (LAM, France), "était de trouver un modèle de la forme du cluster qui correspondait à toutes les caractéristiques de lentille que nous avons observées."
Enfin: mesures des distances et des mouvements. Les observations de Hubble sur l'amas donnent la meilleure carte bidimensionnelle d'un filament, mais pour voir sa forme en 3D, il fallait des observations supplémentaires. Les images en couleurs [3], ainsi que les vitesses des galaxies mesurées avec des spectromètres [4], à l'aide des données des télescopes Subaru, CFHT, WM Keck et Gemini North (tous sur Mauna Kea, Hawaï), ont permis à l'équipe de localiser des milliers de galaxies dans le filament et pour détecter les mouvements de beaucoup d'entre eux.
Un modèle combinant les informations de position et de vitesse pour toutes ces galaxies a été construit, ce qui a ensuite révélé la forme et l'orientation 3D de la structure filamentaire. En conséquence, l'équipe a pu mesurer les véritables propriétés de cette structure filamenteuse insaisissable sans les incertitudes et les biais qui découlent de la projection de la structure sur deux dimensions, comme cela est courant dans de telles analyses.
Les résultats obtenus repoussent les limites des prédictions faites par les travaux théoriques et les simulations numériques du web cosmique. Avec une longueur d'au moins 60 millions d'années-lumière, le filament MACS J0717 est extrême même à l'échelle astronomique. Et si sa teneur en masse telle que mesurée par l'équipe peut être considérée comme représentative des filaments à proximité d'amas géants, alors ces liens diffus entre les nœuds du réseau cosmique peuvent contenir encore plus de masse (sous forme de matière noire) que les théoriciens ne l'avaient prévu.
Plus d'informations dans cette vidéo HubbleCast de l'ESA:
Source: ESA Hubble
