Comment les milliards de galaxies de l'Univers s'organisent-elles ? Alors que le ciel nocturne donne l'impression d'une dispersion aléatoire, une immense charpente invisible orchestre en réalité leur répartition. Prévue par les modèles théoriques, cette structure connecte les amas de galaxies par de longs filaments, évoquant les mailles d'une toile d'araignée à l'échelle du cosmos.
Dans la région du super-groupe de la Grande Ourse, des astronomes ont identifié un alignement linéaire de galaxies s'étendant sur près de quatre millions d'années-lumière. Cette découverte, rendue possible par la sensibilité du radiotélescope chinois FAST, a été partagée dans une prépublication sur
arXiv. Elle correspond à un filament ténu, une sorte de chemin cosmique où la matière se rassemble sous l'influence dominante de la matière noire, cette composante invisible de l'Univers dont on ne perçoit que les effets gravitationnels.
Sur cette image, le gaz diffus (jaune à violet) contenu dans le filament cosmique reliant deux galaxies, s'étendant sur une vaste distance de 3 millions d'années-lumière.
Crédit: Davide Tornotti/Université de Milan-Bicocca Ces filaments ne sont pas de simples alignements visuels. Ils jouent le rôle d'autoroutes cosmiques, canalisant le gaz interstellaire qui sert de carburant à la formation des étoiles et des galaxies. La matière noire, par sa force gravitationnelle, agit comme un aimant géant au sein de ces structures, attirant la matière ordinaire et initiant la naissance des galaxies. Cette observation montre ainsi comment l'Univers dirige activement son propre développement à grande échelle.
La capacité à détecter de tels filaments ténus marque une avancée significative en astronomie observationnelle. Des instruments comme le radiotélescope FAST permettent désormais de sonder des régions du cosmos où la lumière est très faible. En étudiant l'émission radio de l'hydrogène neutre, les chercheurs peuvent cartographier la distribution et les mouvements de la matière gazeuse, révélant la géométrie cachée de ces structures filamenteuses.
Cette découverte lève le voile sur les processus de formation galactique. Les galaxies situées le long d'un filament semblent partager une histoire commune, influencées par le même environnement gravitationnel. Elles peuvent ainsi évoluer de manière synchronisée, grandir ou même fusionner au fil du temps. Comprendre ces dynamiques contribue à retracer le scénario qui a façonné l'Univers depuis le Big Bang jusqu'à sa structure actuelle en toile cosmique.
Les recherches se poursuivent pour identifier d'autres filaments similaires et mesurer leurs propriétés physiques avec plus de précision.
Une simulation d'une vaste région du cosmos réalisée avec un superordinateur et basée sur le modèle standard de la cosmologie.
Crédit: Alejandro Benitez-Llambay/MPA/Université de Milan-Bicocca L'observation radio: écouter l'hydrogène de l'Univers
La découverte de filaments ténus repose souvent sur l'astronomie radio, une technique qui capture les ondes radio émises par les objets célestes. Contrairement à la lumière visible, ces ondes traversent plus facilement les nuages de poussière et peuvent révéler des régions froides et diffuses, comme les vastes réservoirs d'hydrogène gazeux neutre.
L'atome d'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'Univers, émet une onde radio très spécifique à une longueur d'onde de 21 centimètres. En pointant un radiotélescope comme FAST vers une région du ciel, les astronomes peuvent détecter ce signal. Son intensité et son décalage vers le rouge indiquent la quantité d'hydrogène présente et la distance à laquelle il se trouve.
En cartographiant cette émission sur de grandes surfaces du ciel, il devient possible de reconstituer la distribution spatiale du gaz. Les alignements et les concentrations gazeuses révèlent alors la présence de structures filamenteuses, même si les galaxies associées sont peu nombreuses ou peu lumineuses. Cette méthode permet ainsi de 'voir' le squelette gazeux de la toile cosmique.
L'avantage de cette approche est sa sensibilité aux environnements très peu denses, précisément là où se trouvent les filaments les plus fins. Elle complète les observations en lumière visible ou en rayons X, qui sont plus efficaces pour étudier les amas denses de galaxies. Ensemble, ces techniques offrent une vision plus complète de l'architecture de l'Univers.