Un superamas caché peut résoudre le mystère de la voie lactée

Les astronomes évitent généralement la zone d'évitement. Lorsque l'un d'eux n'a pas fait cela, elle a découvert une gigantesque structure cosmique qui pourrait expliquer la vitesse trop élevée de notre galaxie

Image de la superamas de voiles qui regarde depuis la zone d'évitement de la voie lactée

Regardez le ciel nocturne depuis un endroit avec une bonne vue et vous verrez une bande épaisse de la Voie lactée qui s'étend à travers tout le ciel. Mais ces étoiles et cette poussière, décrivant le disque de notre Galaxie, ne sont pas bien accueillies par les astronomes étudiant les galaxies situées au-delà de la nôtre. Il ressemble à une épaisse bande de pare-brise brumeux, un flou qui rend notre connaissance de l'Univers incomplète. Les astronomes l'appellent la zone d'évitement .

Renée Kraan-Korteweg a essayé tout au long de sa carrière de découvrir ce qui se cache derrière cette zone. Pour la première fois, elle a trouvé des signes de quelque chose d'étonnant à l'arrière-plan, alors que dans les années 1980, elle a trouvé des indices d'un groupe potentiel d'objets visibles sur de vieilles plaques photographiques. Au cours des prochaines décennies, des allusions à une structure à grande échelle ont continué de couler.

Cette année, Kraan-Korteweg et ses collègues ont annoncé qu'ils avaient découvert une énorme structure spatiale: un superamas de milliers et de milliers de galaxies. Ce groupe s'étend sur plus de 300 millions d'années-lumière et se propage au-dessus et au-dessous du plan galactique, comme un géant se cachant derrière une lanterne. Les astronomes appellent cela le Superamas de voile , car il est situé approximativement sur le site de la constellation de Voile .


René Kraan-Korteweg, astronome de l'Université du Cap

Ceux qui ont poussé la voie lactée

La Voie lactée, comme toutes les galaxies de l'espace, est en mouvement. Tout dans l'Univers bouge constamment en raison de l'expansion de l'Univers lui-même, mais depuis les années 1970, les astronomes ont été conscients d'un autre mouvement, appelé vitesse particulière . Il s'agit d'un volet distinct dans lequel nous sommes impliqués. Le groupe local de galaxies - qui comprend la Voie lactée, Andromède et plusieurs dizaines de petits voisins - se déplace à une vitesse de 600 km / s par rapport au rayonnement résiduel du Big Bang.

Au cours des dernières décennies, les astronomes ont calculé tout ce qui pourrait tirer et pousser un groupe local - les amas de galaxies proches, les superamas, les murs d'amas et les vides cosmiques qui ont un effet gravitationnel sur notre groupe qui ne peut être négligé.

Le plus grand remorqueur est le superamas de Shapley , un monstre pesant 50 millions de milliards de solaire, situé à 500 millions d'années-lumière de la Terre (et pas très loin du superamas de Voiles dans la sphère céleste). Il est responsable de 25 à 50% de la vitesse particulière du groupe local.


Image de la Voie lactée depuis le satellite Gaia , montrant des nuages ​​sombres de poussière couvrant la vue des galaxies et de l'Univers situé derrière elles

Le mouvement restant ne peut pas être expliqué par des structures déjà découvertes par les astronomes. Par conséquent, les astronomes continuent de regarder plus loin dans l'Univers, en comptant les objets situés plus loin qui contribuent à l'attraction gravitationnelle générale de la Voie lactée. L'attraction gravitationnelle diminue avec l'augmentation de la distance, mais cet effet est quelque peu confus en raison de l'augmentation de la taille de ces structures. «Plus les cartes grandissent», explique Mike Hudson , un cosmologiste à l'Université de Waterloo au Canada, «les objets de plus en plus grands que les gens trouvent au bord d'un espace visible. Nous continuons de regarder de plus en plus loin, mais juste au-delà des limites de visibilité se trouvent des montagnes toujours plus grandes. » Jusqu'à présent, les astronomes n'ont pris en compte que ce qui est responsable de la vitesse de 450-500 km / s du mouvement du groupe local.

Cependant, les astronomes n'ont toujours pas tamisé la zone d'évitement avec le même soin. Et la découverte du superamas Parusov montre qu'il peut y avoir quelque chose de grand là-bas, juste en dehors de notre accès.

En février 2014, Kraan-Korteweg et Michael Klaver , astronome de l'Université de Western Cape en Afrique du Sud, ont décidé de marquer le Supercluster Sail dans le cadre d'une observation qui a duré six nuits au télescope anglo-australien en Australie. Kraan Korteweg savait où se trouvaient les accumulations les plus denses de gaz et de poussière dans la zone d'évitement. Elle visait des points individuels sur lesquels ils avaient les meilleures chances de voir quelque chose à travers cette zone. Le but était de créer une «épine dorsale», comme elle l'appelle, d'une structure. Claver, déjà expérimenté avec cet outil, a dû lire les distances aux galaxies individuelles.

Ce projet les a aidés à conclure que le superamas Sails existe réellement et qu'il occupe 20-25% du ciel. Mais ils ne savent toujours pas ce qui se passe en son centre. "Nous voyons les murs traverser la zone d'évitement, mais nous n'avons aucune donnée sur l'endroit où ils se croisent en raison de la poussière", a déclaré Kraan-Korteweg. Comment ces murs interagissent-ils entre eux? Ont-ils commencé à fusionner? Y a-t-il un noyau plus dense caché par la lueur de la Voie lactée?

Et, plus important encore, quelle est la masse du superamas Sails? Après tout, c'est la masse qui est responsable de l'attraction gravitationnelle et de l'apparition d'une structure.

Comment voir à travers la brume

Bien que la poussière et les étoiles de la zone bloquent la lumière dans les plages optique et infrarouge, les ondes radio peuvent pénétrer dans cette zone. Dans cet esprit, Kraan-Korteweg a développé un plan d'utilisation d'une balise spatiale pour tout marquer au-delà des parties les plus denses de la zone d'évitement.

Le plan est basé sur l'hydrogène, le gaz le plus simple et le plus courant de l'univers. L'hydrogène atomique se compose d'un seul proton et d'un électron. Ces particules ont une propriété quantique telle que le spin, qui peut être imaginée comme une petite flèche attachée à chacune des particules [mais il vaut mieux l'imaginer comme un moment angulaire / env. trad.]. Pour les particules constituant l'hydrogène, ces spins peuvent pointer dans une direction ou dans des directions opposées. Parfois, le spin change de direction - un atome parallèle devient antiparallèle. Lorsque cela se produit, l'atome émet un photon de lumière d'une certaine longueur d'onde.


L'une des 64 antennes qui composent le télescope MeerKAT en Afrique du Sud

La probabilité d'émettre une telle onde radio par un atome est faible, mais si vous collectez une grande quantité d'hydrogène neutre, la probabilité totale augmentera. Heureusement pour Kraan-Korteweg et ses collègues, de nombreuses galaxies du cluster Sails ont de grandes réserves de gaz.

Pendant les observations de 2014, elle et Claver ont vu des signes que de jeunes étoiles ont été trouvées dans de nombreuses galaxies trouvées. "Et s'il y a de jeunes étoiles, cela signifie qu'elles se sont récemment formées, ce qui signifie qu'il y a du gaz", a déclaré Kraan-Korteweg, car le gaz est le matériau à partir duquel les étoiles sont fabriquées.

La Voie lactée possède également son propre hydrogène - une autre brume au premier plan qui interfère avec les observations. Mais l'expansion de l'Univers peut être utilisée pour déterminer le rayonnement d'hydrogène situé dans le groupe de Voiles. L'extension éloigne les galaxies situées à l'extérieur du groupe local et déplace les ondes radio vers la partie rouge du spectre. «Ces raies d'émission sont séparées afin de pouvoir être comptées de manière sélective», explique Thomas Jareth, astronome de l'Université du Cap qui a fait partie de l'équipe qui a découvert le superamas Sails.

Et bien que le travail de Kraan-Korteweg durant toute sa carrière ait déjà détecté 5000 galaxies dans le superamas, elle est convaincue qu'une observation suffisamment sensible dans la portée radio de cet hydrogène neutre peut tripler cette quantité et nous révéler les structures se trouvant derrière la partie la plus dense du disque de la Voie lactée.

C'est là que le radiotélescope MeerKAT entre en scène. Il est situé à côté de la petite ville déserte de Carnarvon en Afrique du Sud, et deviendra bientôt le radiotélescope le plus sensible sur Terre. Sa dernière, la 64e antenne, a été installée en octobre, mais jusqu'à présent, plusieurs antennes doivent être connectées et vérifiées. La moitié de la gamme de 32 assiettes devra gagner d'ici la fin de 2017, et elle sera pleinement opérationnelle début 2018.

Cette année, Kraan-Korteweg a essayé d'obtenir du temps pour les observations en utilisant ce demi-tableau, mais si sa demande de 200 heures n'est pas satisfaite, elle espère obtenir déjà 50 heures sur le tableau complet. Dans les deux cas, la sensibilité sera la même, exactement la même que celle requise pour lui et ses collègues pour détecter les signaux radioélectriques d'hydrogène neutre provenant de milliers de galaxies individuelles situées à des centaines d'années-lumière de nous. Armés de ces données, ils pourront délimiter la structure complète du cluster.

Bassins versants cosmiques

Hélène Courtois, astronome à l'Université de Lyon, adopte une approche différente pour marquer un superamas. Elle dresse des cartes de l'univers qu'elle compare aux bassins versants. Dans certaines parties du ciel, les galaxies migrent dans la même direction, tout comme la pluie dans les bassins versants se déverse dans un lac ou un ruisseau. Lui et ses collègues sont à la recherche de frontières, de différents côtés de laquelle la matière gravite dans des directions différentes.


Helen Courtois, astronome de l'Université de Lyon

Il y a quelques années, Courtois et ses collègues ont utilisé cette méthode pour essayer de définir notre structure locale à grande échelle appelée Laniakea . Courtois explique l'importance de définir cette structure par le fait que bien que nous ayons des définitions de la galaxie et des amas galactiques, il n'y a pas de définition universellement acceptée des structures à grande échelle de l'Univers - comme les superamas et les murs.

Le problème, en particulier, est que pour une détermination statistiquement rigoureuse, nous n'avons tout simplement pas assez de superamas. Nous ne pouvons énumérer que ceux que nous connaissons, mais les superamas, comme les structures préfabriquées constituées de milliers de galaxies, présentent un nombre indéfini de variétés.

Courtois et ses collègues déplacent désormais davantage leur attention. «Les voiles sont assez intéressantes», explique Courtois. «Je veux mesurer le bassin de gravité, les frontières, la frontière de Parusov.» Elle utilise ses propres données pour déterminer les flux se rapprochant et s'éloignant des voiles, afin que la quantité de masse attirée par eux puisse être estimée. En comparant ces lignes de courant avec la carte de Kraan-Korteweg montrant les emplacements des amas physiques de galaxies, ils peuvent estimer la densité du superamas de Voiles et sa taille. "Ces deux méthodes sont complètement complémentaires", a ajouté Courtois.

Ces deux astronomes construisent maintenant conjointement une carte des voiles. À la fin, ils espèrent pouvoir l'utiliser pour déterminer la masse des voiles, qui sera la dernière pièce du puzzle du mouvement du groupe local - «c'est un décalage qui nous hante depuis 25 ans», explique Kraan-Korteweg. Et même si le superamas n'est pas responsable du mouvement restant, la collecte de signaux de ce qui se trouve derrière la Zone d'évitement aidera à comprendre notre place dans l'Univers.