Cosmographie : à quoi ressemble notre univers ?

Les cosmographes sont des géographes du cosmoscosmos. Ils étudient la structure de l’univers et la façon dont les galaxies qui le constituent s'agencent et évoluent. Hélène Courtois est de ceux-là. Dans son livre Voyage sur les flots de galaxies, paru aux éditions Dunod, cette astrophysicienne française de renom nous emmène aux confins du cosmos. Elle nous montre peu à peu à quoi ressemble notre univers, notamment en nous invitant à faire connaissance avec LaniakeaLaniakea.

« Le superamas extragalactique Laniakea est la plus grande structure de galaxies connue à ce jour à laquelle nous appartenons. Son nom, d'origine hawaïenne, signifie "horizon céleste immense", explique-t-elle. Sa taille est gigantesque, bien difficile à appréhender. Il mesure environ 500 millions d'années-lumière de diamètre, c'est-à-dire que la lumière met 500 millions d'années pour le traverser de part en part ». L'astrophysicienne le connaît bien et pour cause, elle a contribué à sa découverte en septembre 2014 (voir notre article En vidéo : Laniakea, notre superamas de galaxies).

Pour ce faire, elle a visité les plus grands télescopes du monde afin de mesurer la lueur de milliers de galaxies et d'en déduire les distances qui les séparent ainsi que leurs effets gravitationnels. À travers l'histoire de cette formidable découverte, Hélène Courtois nous en dit plus sur « les méthodes d'analyse et de visualisation qui nous permettent de construire des cartes où les grandes structures (filaments, superamas, vides) de l'univers se dévoilent petit à petit ».

Le livre se veut didactique : « Je souhaite proposer une vision simplifiée de l'univers et des lois physiquesphysiques qui le régissent », explique l'auteure. Ce qui m'importe, avant tout, c'est de restituer l'ensemble de la démarche scientifique que les chercheurs suivent au quotidien ». Une démarche grâce à laquelle nous pourrions peut-être mieux comprendre certains processus de formation des galaxies et, qui sait, savoir enfin quelle est notre place dans l'univers.

Les premières cartes modernes de l'univers

Le texte qui suit est extrait du livre d'Hélène Courtois.

Grâce à un travail méticuleux d'observations et d'analyses, et grâce aussi au travail des autres équipes de recherche, nous disposons en 2008 d'une banque de données fiable et volumineuse de 1.800 galaxies dont on connaît positions et vitessesvitesses radiales, banque justement nommée EDD, Extragalactic Distance Database. Cet échantillon est près de cinq fois plus important que celui qui avait annoncé le mystère du Grand Attracteur. Ces 1.800 galaxies se trouvent dans un voisinage d'environ 130 millions d'années-lumière autour de nous. Afin que l'ensemble de la communauté scientifique puisse en bénéficier, nous publions rapidement une série de cartes du cosmos mettant en scène ces 1.800 galaxies en mouvementmouvement, parmi 30.000 autres dont on ne connaît que les positions, déterminées par la mesure du redshiftredshift uniquement.

Regardons maintenant une des cartes dynamiques de 260 millions d'années-lumière de côtés, que nous avons construites à partir de cet échantillon [voir la carte ci-dessous, NDLRNDLR]. Chaque point noir est une galaxie dont la vitesse est représentée par un trait gris.

Carte dynamique construite à partir de notre premier catalogue CF1. © Dunod, tous droits réservés

Le squelette de Laniakea

Notre Groupe localGroupe local de galaxies est soumis à l'attraction gravitationnelle de l'imposant amas de la Vierge de 1.300 galaxies. On constate que l'amas de la Vierge est lui-même pris dans un courant cosmique qui l'entraîne vers l'amas du Centaure. On remarque avec intérêt que l'amas du Centaure, zone pressentie de l'emplacement du Grand Attracteur, semble être le point de convergence de plusieurs courants de galaxies qui le relient à d'autres amas. Sur cette carte se dessine déjà ce que nous réaliserons quelques années plus tard être le squelette de Laniakea. Cependant, le Grand Attracteur est juste en bordure de notre carte dynamique, et conserve tout son mystère.

Nous pouvons cartographier un volumevolume beaucoup plus important, avec un rayon d'environ 350 millions d'années-lumière, en utilisant les 30.000 galaxies dont nous connaissons uniquement les positions [voir la représentation ci-dessous, NDLR]. Afin de s'affranchir des artefacts observationnels [...], en particulier des effets d'incomplétudes (biais de Malmquist), nous avons préféré visualiser les contours du champ de densité lissés, ce qui permet de réduire l'importance de la région locale et de mettre en exergue les grandes structures. Cette carte englobe les principales grandes structures plus lointaines [...] : les superamas de Persée-PoissonsPoissons, de Paon-Indien, le Grand MurMur, le Mur du Sud...

Une représentation des grandes structures. © Hélène Courtois, via You Tube

On distingue des connexions entre le Mur du Sud et le superamas Persée-Poissons d'une part, entre le superamas d'Hercule et le Grand Mur d'autre part. Malheureusement, nous ne disposons pas d'informations sur les vitesses des galaxies à cette échelle. En effet, notre représentation dans ce grand volume est une carte immobile ; seules les mesures en redshift ont été effectuées sur ces galaxies lointaines. Le manque de données dynamiques limite fortement notre compréhension des structures : on identifie ces connexions de manière statistique, mais il n'est pas possible de délimiter avec précision et sans ambiguïté les grands ensembles à l'intérieur desquels les galaxies suivent des mouvements cohérents.

Découvrez le livre d'Hélène Courtois Voyage sur les flots de galaxies pour en savoir plus sur le cosmos.