Voie lactée : si notre galaxie se déplace si vite, c’est à cause d’un grand vide répulseur

Dans notre voisinage extragalactique existe une immense région vide qui exercerait une force de répulsion sur notre galaxie, la Voie lactée. Ce « repousseur » contribue aux forces gravitationnellesforces gravitationnelles qui nous font naviguer à près de 2,3 millions de km/h sur la toile cosmique (avec la référence du fond cosmologique), la structure suivant laquelle la matière s'organise à grande échelle, notamment sous la forme de filaments qui connectent des galaxies entre elles et séparent des vides.

Ce déplacement de notre galaxie, et aussi de notre voisine Andromède, était déjà connu des astrophysiciensastrophysiciens qui en recherchaient l'origine depuis 40 ans. Pour l'expliquer, les recherches se sont historiquement d'abord portées sur la possibilité d'un excès de galaxies situées dans la direction générale de notre mouvement.

Le suspect initial a été appelé le Grand attracteur, une région d'une demi-douzaine d'amas riches en galaxies à environ 150 millions d'années-lumière de nous. Puis, l'attention a été portée sur une entité plus importante encore, toujours dans la même ligne de visée et directement derrière le Grand attracteur : la Concentration d'amas de galaxies de Shapley, à 600 millions d'années-lumière de nous. Mais, au fil des ans, le débat s'est enlisé sur l'importance relative de ces deux attracteurs, ceux-ci ne suffisant pas pour expliquer notre mouvement, d'autant qu'il ne pointe pas exactement dans la direction de Shapley, comme cela devrait être le cas.

Cette cartographie des courants de matière (les flèches directionnelles) et des surfaces équipotentielles gravitationnelles (régions de l’espace « ressentant » la même attraction de gravitation - en vert et en jaune) permet, en visualisant son influence, de matérialiser la région du Dipole Repeller, ainsi que les nœuds et filaments de la toile cosmique (surfaces rouges et grises). La structure à grande échelle de notre Univers local est ainsi représentée. La flèche jaune est positionnée sur notre galaxie la Voie lactée et indique la direction du dipôle du fond diffus cosmologique. Cette cartographie couvre une région de notre Univers d’environ 2,5 milliards d’années-lumière de large. © Y. Hoffman, D. Pomarède, R.B. Tully, H. Courtois

Cartographier en trois dimensions les « fleuves de matière »

L'hypothèse d'une région sous-dense, un « vide » extragalactique, est alors avancée pour élucider ce phénomène. Obtenir une confirmation de l'observation d'un tel vide est toutefois extrêmement difficile. C'est pourquoi les chercheurs ont décidé, plutôt que de regarder la répartition de la massemasse visible (les galaxies), de cartographier en trois dimensions les mouvements de toute la matière, qu'elle soit visible (dite baryonique) ou invisible (matière noirematière noire ou, plus justement, transparente).

« C'est grâce au rayonnement microonde émis il y a plus de 13 milliards d'années que le mouvement de la Voie lactéeVoie lactée est détecté, explique Daniel Pomarède, ingénieur-chercheur au CEA. Cette lumière nous parvient de toutes les directions mais, du fait de notre déplacement, on l'observe avec un décalage spectral vers le bleu dans la direction de notre mouvement et un décalage spectral vers le rouge dans la direction opposée. Et c'est en analysant cet effet dipolaire qu'on peut en déduire notre vitessevitesse de 630 km/s. »

Coauteure de cette étude, Hélène Courtois, astrophysicienne à l'université Lyon 1, complète : « En analysant les champs de vitesse de milliers de galaxies peuplant notre universunivers local, nous avons identifié le déplacement de "fleuves de matière", comme ceux qui parcourent Laniakea. [Notre superamassuperamas de galaxies découvert en 2014 par la même équipe, NDLRNDLR]. Ces fleuves sont une conséquence directe de la distribution de la masse totale, qui s'éloigne des régions vides et se dirige vers les régions de plus haute densité ».

Une région faite de « rien », le Dipole Repeller

L'équipe a ainsi découvert qu'à l'emplacement de notre galaxie, les forces répulsives et attractives provenant d'entités lointaines sont d'importances comparables et en a déduit que les influences majeures qui sont à l'origine de notre mouvement sont l'attracteur Shapley et une vaste région de vide (c'est-à-dire dépourvue de matière visible et invisible), précédemment non identifiée, qu'ils ont nommé le Dipole Repeller (le répulseur de dipôle, en français). Cette découverte, publiée le 30 janvier 2017 dans Nature Astronomy, la toute nouvelle revue du groupe Nature, permet en effet d'expliquer l'origine du dipôle (ou anisotropieanisotropie dipolaire) observé dans le rayonnement du fond diffus cosmologiquefond diffus cosmologique, un ingrédient essentiel du modèle standard de la cosmologiemodèle standard de la cosmologie.

Dorénavant, les astrophysiciens savent enfin quel chemin suit notre galaxie, attirée par la lointaine concentration de masse Shapley et repoussée par le Dipole Repeller