Comprendre la nature de notre cosmos exige une cartographie précise de la distribution des galaxies qui le composent. Pendant des décennies, les astronomes ont soupçonné la présence d'un objet colossal dissimulé derrière le disque de poussière dense de la Voie lactée. Des distorsions indirectes, à peine perceptibles, dans le mouvement des galaxies ont été découvertes, révélant des forces gravitationnelles inexpliquées. Mais la structure elle-même et sa taille demeuraient cachées dans une région du ciel difficilement observable.
Grâce au radiotélescope sud-africain MeerKAT, les astronomes ont pu observer de près cette masse cachée. Les résultats, disponibles en prépublication sur arXiv et soumis à [référence manquante], sont disponibles sur [référence manquante]. Magazine d'astronomie et d'astrophysique , Cette image représente l'image la plus détaillée à ce jour du superamas de Vela. Découvert récemment, en 2016, cet amas de galaxies colossal se situe à environ 800 millions d'années-lumière et s'étend sur environ 300 millions d'années-lumière.
Le superamas de Vela se situe également au-delà de l'un des obstacles les plus difficiles à cerner en astronomie : la zone d'évitement. Cette région, où le plan dense de la Voie lactée bloque la lumière visible, obscurcit près d'un cinquième du ciel. Les télescopes optiques ne peuvent tout simplement pas l'observer. « Vela était comme un fantôme », explique Renée Kraan-Korteweg, professeure d'astronomie à l'Université du Cap et spécialiste des grandes structures de l'Univers local. Kraan-Korteweg a dirigé l'équipe qui a découvert le superamas de Vela et est co-auteure de cet article. « Nous pouvions déduire sa présence, mais pas déterminer sa taille exacte. ».
Lancée en 2018, la sonde MeerKAT change la donne en utilisant les ondes radio. Au lieu de se fier à la lumière des étoiles, absorbée par la poussière, elle détecte la raie d'émission de l'hydrogène neutre à une longueur d'onde de 21 centimètres (dans le domaine radio) – un signal qui traverse la poussière quasiment sans obstacle. L'utilisation de cette sonde pour explorer l'échelle de Vela s'est révélée révolutionnaire.
Une vue à travers la Voie lactée
Le télescope MeerKAT est capable de détecter de faibles signaux d'hydrogène dans des galaxies cachées derrière la Voie lactée. Chaque détection possède sa propre « signature » unique : la fréquence de la raie d'hydrogène se décale en fonction de la vitesse d'éloignement de la galaxie, un phénomène appelé décalage vers le rouge. Puisque cette vitesse d'éloignement dépend de la distance due à l'expansion de l'Univers, la mesure de ce décalage permet de déterminer la distance de la galaxie.
« En suivant la raie de l'hydrogène neutre dans des milliers de galaxies, nous reconstruisons efficacement sa structure en trois dimensions », explique Constantinos Kolokitas, radioastronome à l'Observatoire sud-africain de radioastronomie et chercheur affilié à l'université de Rhodes, qui n'a pas participé à l'étude récente.
Cette étude a permis de découvrir plus de 2 000 galaxies jusqu'alors inconnues, comblant ainsi une lacune dans les cartes cosmiques. Ce qui apparaissait initialement comme un faible amas de matière s'est révélé être une structure massive à deux noyaux denses, probablement en mouvement l'un vers l'autre au sein d'un système gravitationnel plus vaste.
Surtout, le signal de l'hydrogène ne se contente pas d'indiquer la position des galaxies. S'il permet de suivre l'hydrogène dans l'ensemble de la population galactique, il est particulièrement efficace pour identifier les réservoirs de gaz plus froids et plus denses – la matière première à partir de laquelle se forment les nouvelles étoiles. En ce sens, la carte révèle non seulement la localisation de la matière, mais aussi les endroits où des conditions favorables à la formation d'étoiles pourraient apparaître à l'avenir.
Poids lourd caché
Maintenant que Vela a été cartographiée, son ampleur est impossible à ignorer. On estime que cette structure contient 30 millions de milliards (3 x 10¹⁶) de masses solaires, ce qui en fait l'une des structures les plus massives connues dans l'Univers proche. Son influence gravitationnelle colossale bouleverse la compréhension qu'ont les astronomes des mouvements à l'échelle cosmique.
« En cosmologie, la masse détermine le destin des galaxies », explique Kolokitas. « Ces structures créent des bassins gravitationnels, des régions qui attirent les galaxies vers l'intérieur et engendrent des flux à grande échelle. » Les implications pour notre planète sont bien plus vastes qu'il n'y paraît.
Les astronomes savent depuis longtemps que le Groupe local de galaxies — la Voie lactée, Andromède et leurs satellites — se déplace dans l'espace à environ 2,2 millions de km/h par rapport au rayonnement de fond cosmologique qui imprègne tout l'univers. L'attraction gravitationnelle de structures connues comme le Grand Attracteur et la concentration de Shapley explique une grande partie de ce mouvement, mais pas la totalité. Vela semble contribuer à cette attraction gravitationnelle manquante.
De par sa position et sa masse, elle contribue de manière significative au mouvement de notre galaxie, aidant ainsi à résoudre une divergence de longue date dans les modèles de flux cosmiques.
Au-delà de son rôle gravitationnel, Vela démontre que l'Univers que nous avons exploré est incomplet.
Historiquement, les astronomes ont souvent implicitement considéré la zone d'évitement comme une région de moindre importance, une zone vide où peu de choses significatives pourraient se trouver. Vela a remis en question cette hypothèse. « Il ne s'agit pas d'un simple ajustement », explique Kraan-Korteweg. « Nous parlons de structures à l'échelle des plus grandes formations connues de l'univers, cachées à la vue de tous. ».
Si une telle structure a réussi à rester indétectée pendant si longtemps, alors d'autres peuvent encore être en embuscade.
Cette carte 3D illustre les superstructures de l'univers local. Les zones courbes entourant chaque structure représentent des « réservoirs » où la matière s'accumule, et les lignes colorées représentent le mouvement des galaxies. Crédit : Jérôme Leca, RSA Cosmos, Saint-Étienne, France (CC BY-ND 4.0)
Aller plus en profondeur
Les observations de MeerKAT comptent déjà parmi les plus sensibles jamais réalisées dans l'hémisphère sud, mais elles ne sont qu'un avant-goût de ce qui nous attend. Le futur projet Square Kilometre Array (SKA) permettra d'approfondir les relevés radiotélescopiques en détectant des galaxies plus faibles et en traçant les fins liens qui relient les superamas au sein d'un vaste réseau cosmique s'étendant à travers l'univers.
Si le télescope MeerKAT a détecté le noyau de Vela, le SKA pourrait révéler ses liens avec des structures encore plus vastes, actuellement indétectables. Avec le temps, la zone d'évitement pourrait disparaître, les astronomes apprenant enfin à la traverser.
Même dans un univers étudié de près, de vastes structures peuvent demeurer indétectables, et la découverte de Vela le prouve. Ce qui était autrefois une zone d'ombre est désormais l'une des régions les plus instructives du ciel et essentielle à la compréhension du mouvement des galaxies, y compris la nôtre, dans l'espace. En ce sens, cette découverte ne se contente pas d'ajouter une structure à la carte ; elle la perfectionne.
L'article « Découverte d'un superamas géant caché derrière la Voie lactée » est paru initialement dans le magazine Astronomy.