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  • Un Quasar permet la Première Observation d’un Filament Intergalactique

    Posté le 25 janvier 2014

    Filaments_cosmiques-simulations
    (Images provenant de simulations)

    La première image (voir plus bas) d’une partie d’un filament de la “toile d’araignée cosmique” a été obtenue grâce à un quasar qui a fait office de torche pour illuminer le gaz. Les observations faites par une équipe internationale de chercheurs pourrait être la première preuve d’une structure à grande échelle (prédite depuis longtemps) de notre Univers, un réseau de filaments qui connecterait toute la matière dont les galaxies et les nuages de gaz. L’équipe affirme que ses observations défient les théories et modèles actuels des structures à grande échelle et qu’elles peuvent être utilisées pour tester de manière plus approfondie et affiner notre compréhension de la manière dont l’Univers a évolué.

    La matière de notre Univers n’est pas distribuée uniformément. Elle existe en structures de filaments avec des vides intermédiaires. On pense que cette toile s’est formée environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque l’Univers était encore jeune et que le fond diffus cosmologique est apparu. La croissance et l’apparition de cette toile dépend du modèle cosmologique utilisé, sa présence est une prédiction théorique largement acceptée qui a été soutenue par différents calculs et simulations telles que la Millenium Simulation ou la Bolshoi Simulation (que vous pouvez voir ci-dessous).

    Les données les plus récentes du fond diffus cosmologique, qui nous viennent du télescope spatial Planck, révèlent un Univers composé de 26,8% de matière noire, 68,3% d’énergie noire et moins de 5% de matière ordinaire. Les scientifiques pensent que la matière noire dicte où les galaxies et les gaz se forment. Les gaz seraient donc attirés par la force gravitationnelle de la matière noire et se calqueraient à l’endroit précis où elle se trouve. Mais seulement une infime fraction de ce gaz est suffisamment dense pour produire les étoiles et galaxies qui semblent se former sur des points où les filaments de la toile cosmique se croisent. Cependant, la plupart des gaz sont trop diffus pour produire des étoiles ou émettre leur propre lumière, les rendant difficiles à observer. A l’exception de quelques amas de galaxies très rares, le gaz de la toile cosmique est “froid” (104 K) et n’a donc jamais été observé directement. Alors que l’on distingue généralement le gaz intergalactique grâce à l’absorption de la lumière de sources d’arrière plan, l’insuffisance d’une source suffisamment lumineuse signifie que la structure 3D de la toile et la manière dont le gaz est distribué n’est pas révélée.

    Millenium_simulation
    (Image de la Millenium Simulation)

    Pour contourner ce problème, Sebastiano Cantalupo de l’Université de Californie à Santa Cruz (UCSC), ainsi que ses collègues aux Etats-Unis et en Allemagne, ont commencé à chercher des gaz cosmiques éclairés par l’une des sources les plus lumineuses de l’Univers : un quasar. Les quasars sont des noyaux actifs de galaxies extrêmement énergétiques et lumineux que l’on peut trouver dans les endroits les plus reculés de l’Univers observable. Lorsqu’ils sont illuminés par la lumière ultraviolette émise par un quasar, les gaz cosmiques émettent un rayonnement d’une longueur d’onde particulière de l’hydrogène (Lyman-α) dans un processus similaire à la fluorescence.

    Cantalupo a expliqué à Physics World que l’équipe a fabriqué un filtre à bande étroite pour étudier ce rayonnement Lyman-α. “A l’origine, dans l’ultraviolet, la longueur d’onde d’émission est étirée par l’expansion de l’Univers et, alors qu’elle parcourt les 10 milliards d’années-lumière qui le sépare du quasar que nous avons sélectionné, elle est décalée dans l’optique ce qui la rend détectable par nos télescopes optiques”. En utilisant le télescope Keck I (10m de diamètre), au WM Keck Observatory de Hawaii, l’équipe a détecté la présence d’un long filament de gaz ou une nébuleuse qui a une longueur projetée d’approximativement 460 kiloparsecs (1 520 351 années-lumière) et qui était illuminée par le quasar UM 287. Les chercheurs ont conclu que ce filament faisait partie de la toile cosmique, et Cantalupo et ses collègues ont surnommé leur nébuleuse “slug nebula” (nébuleuse de la limace) en l’honneur de la mascotte de l’UCSC qui est un banana slug (mollusque appelé Ariolimax californicus).

    Quasar_UM287-Filament
    (Image obtenue à l’observatoire Keck)

    Cantalupo explique également que la quantité de rayonnement émise par le filament dépend de la quantité d’hydrogène illuminée, ainsi que sa densité et sa distribution. Cela permet à l’équipe d’inférer la masse et les propriétés physiques d’un filament de toile cosmique (une chose qui est extrêmement difficile à faire sans image directe). La morphologie du filament est en accord avec les prédictions faites par les simulations : “C’est la première fois qu’un si grand filament intergalactique a été détecté. Il s’étend bien au-delà de l’environnement galactique du quasar et c’est donc une confirmation de l’existence de telles structures prédites par les modèles”.

    Cette observation, cependant, présente un défi à notre compréhension de la toile cosmique : “Le filament apparait trop brillant compte tenu de la distribution et de la densité typique de l’hydrogène de la toile cosmique des simulations”. Une des explications possibles de cette différence est que le gaz de la toile est en fait beaucoup plus dense et a une distribution beaucoup plus “grumeleuse” que ce qui est prédit dans les modèles actuels. “Cela nous dit que nous oublions probablement un mécanisme physique à l’échelle intergalactique dans nos modèles. Notre observation est donc un laboratoire unique pour accroitre notre connaissance de la manière dont la matière est distribuée dans l’Univers”.

    Actuellement, l’équipe augmente son échantillon de quasars en utilisant différents filtres sur les télescopes Keck et Gemini. Un nouvel instrument a été livré au Very Large telescope de l’ESO (situé au Chili) : il est d’une sensibilité plusieurs fois plus importante que celui utilisé actuellement.

    Source : Physics World

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