Précédemment, en 2014, des astronomesastronomes étaient parvenus à cartographier la distribution de quelque 100.000 galaxies autour de nous, dans l'univers local. Un travail colossal basé sur les liens entre les grappes de galaxies et les superamas, les superstructures qui dominent le paysage de notre petit coin de l'univers. Le nom choisi pour ce continent mêlé de matière ordinaire et de l'insaisissable matière noirematière noire : Laniakeaa (« horizon céleste immense » en hawaïen).

Pour résumé, nous, notre Terre, petite planète gravitant autour du SoleilSoleil, une étoileétoile parmi 200 à 400 milliards d'autres dans la Voie lactée, nous sommes plutôt situés à la traîne de ce gigantesque complexe. Vu autrement, nous sommes sur la rive du continent et face à un immense vide que les chercheurs appellent le Vide local (Local Void), qui s'étend face à nous. Cet espace est petit à petit déserté par les galaxies irrésistiblement entraînées par la force (de gravitégravité) vers le Grand Attracteur et les régions les plus densément peuplées (voir vidéo ci-dessous).

Carte interactive du vide local qui se creuse en marge de l’immense continent galactique Laniakeaa. Les mouvements dynamiques des galaxies sont montrés. La Voie lactée est au centre du volume. Notez que le Vide local est difficile à appréhender visuellement depuis la Terre car il est situé en direction du centre de notre Galaxie, une région dense en étoiles et nuages de poussière. © D. Pomarede, CEA

Cosmographie du « Vide local »

Pionnier, en 1987, quant à l'hypothèse de l'existence d'un « grand vide », Brent Tully, chercheur à l'IfA (Institut d'astronomie d'Hawaï), et membre avec les Français Hélène Courtois et Denis Pomarède de l'équipe qui avait dévoilé Laniakeaa, a relancé avec ses collègues des recherches visant à discerner le Local Void invisible (ou presque).

En étudiant les mouvementsmouvements d'environ 18.000 galaxies du compendium Cosmicflows-3, l'équipe internationale de chercheurs a donc pu mettre en relief cet espace qui est en train de se vider. Et cela en dépit de l'expansion de l'univers, contrariée à cette échelle par les forces d'attraction des régions surpeuplées. Régions vers lesquelles d'ailleurs, la Voie lactéeVoie lactée et ses voisines sont aussi en train de migrer à une vitessevitesse proche de 2,3 millions de km/h.

Leurs résultats viennent d'être dévoilés dans The Astrophysical Journal.

Présentation du Vide local (en anglais). © D. Pomarède

La Voie lactée serait dans un vide cosmique

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 23 juin 2017

La Voie lactée et d'autres galaxies et amas de galaxiesamas de galaxies dans son voisinage feraient en réalité partie d'une région moins dense en matière que la moyenne de l'univers observable. Ce vide cosmique, comme on l'appelle, expliquerait pourquoi deux méthodes de mesures différentes de la vitesse d'expansion du cosmoscosmos ne s'accordent pas très bien.

Depuis quelques décennies, les astrophysiciensastrophysiciens sont en train de réaliser une cartographie de plus en plus précise de l'univers observable en plongeant leur regard sans cesse plus profond dans le cosmos, que ce soit avec des radiotélescopesradiotélescopes quand ils cherchent à repérer les quasars, ou avec des télescopestélescopes opérants dans le visible comme c'est le cas avec des campagnes d'observations aussi célèbres que celle du Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

L'image qui a émergé de ces travaux est celle d'un univers que l'on peut considérer comme un fluide homogène de galaxies à des distances supérieures à un milliard d'années-lumièreannées-lumière environ. Mais à des échelles de quelques centaines de millions d'années-lumière, il se révèle inhomogène. Les galaxies se rassemblent alors en amas et même en superamas de galaxies, lesquels sont concentrés dans des filaments qui tissent une toile cosmique. Entre eux, des zones de sous-densité sont observées où l'on peut aussi trouver quelques amas et superamas de galaxies. Ces régions sont appelées vides cosmiques.

Ces structures sont produites par l'effondrementeffondrement de la matière noire qui domine par son attraction gravitationnelle le monde des amas de galaxies. Elles sont plutôt bien reproduites par des simulations numériquessimulations numériques menées avec des superordinateurssuperordinateurs et traduisent même jusqu'à un certain point l'influence de l'énergie noireénergie noire invoquée pour expliquer l'accélération de l'univers qui a débuté il y a quelques milliards d'années.

Un vide cosmique d'un milliard d'années-lumière de rayon

En 2013, trois astronomes, Ryan Keenan, Amy Barger et Lennox Cowie, ont publié un article sur arXiv dans lequel ils annonçaient qu'ils avaient de bonnes raisons de penser que notre Voie lactée, le groupe localgroupe local de galaxies auquel elle appartient et même une partie du fameux superamas Laniakea font en fait partie d'un supervide dont le diamètre est approximativement de deux milliards d'années-lumière. Ce serait le plus grand vide cosmique connu à ce jour.

Sur cette image provenant d’une des meilleures simulations de la formation des grandes structures de l’univers, des filaments de matière noire contenant des superamas de galaxies apparaissent clairement. On note aussi la présence de grands vides que l’on appelle parfois des vides cosmiques (cosmic voids). La barre blanche indique l’échelle des distances en mégaparsecs corrigée par le facteur h lié à la constante de Hubble. On estime que h est compris entre 0,65 et 0,70, la meilleure estimation en 2014 étant de 0,68. © Max Planck Institute for Astrophysics, Millennium Simulation Project

Un communiqué de l'université du Wisconsin à Madison fait aujourd'hui savoir qu'Amy Barger et son étudiant Ben Hoscheit avaient présenté lors d'un colloque début juin 2017, les résultats de nouveaux travaux qui tendent à confirmer l'existence du vide de KBC, comme on l'appelle parfois. Surtout, ces recherches aident à résoudre une énigme qui interpelle les cosmologistes depuis quelques années.

Il est généralement admis que depuis environ une quinzaine d'années, la cosmologiecosmologie est entrée dans une ère de précision et que le modèle cosmologique standardmodèle cosmologique standard est ce qui s'appelle un modèle de concordance. Il faut entendre par là que des mesures de différents paramètres cosmologiques comme le contenu en matière noire, la courbure spatiale de l'univers, sa densité, etc., déterminés par des techniques différentes, donnent des valeurs concordantes.

Toutefois, ces valeurs sont parfois en tension ce qui veut dire que l'accord n'est pas aussi bon qu'il devrait l'être et même que l'on peut en discuter l'existence. C'est le cas avec la valeur de la constante de Hubbleconstante de Hubble qui est déterminée en étudiant les supernovaesupernovae SNSN Ia et les caractéristiques du rayonnement fossilerayonnement fossile. Comme nous l'avait expliqué l'astrophysicien Alain Blanchard, une façon de rétablir l'accord des estimations de la constante de Hubble consiste à admettre que les analyses qui sont conduites en se basant sur l'hypothèse que la constante cosmologiqueconstante cosmologique ne varie pas dans le temps, sont fausses. Il faudrait rejeter cette hypothèse ce qui ouvrirait alors la porteporte à une nouvelle physique.

Mais selon les travaux de Ben Hoscheit, une solution, du moins partielle, à ce problème serait plus prosaïque. Si nous vivons dans un vide cosmique, le champ de gravité de la matière qui s'oppose à la force de répulsion de l'énergie noire serait plus faible qu'en moyenne dans le cosmos observable et c'est pour cela que nous aurions une vitesse d'expansion locale différente de celle déduite des observations du rayonnement fossile.