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L'Univers est un jeu de poupées russes cosmiques. Les planètes tournent autour d'étoiles, les étoiles sont rassemblées en galaxies, les galaxies en groupes ou en amas, les groupes et les amas en superamas. Seul petit problème: il n'existait jusqu'à aujourd'hui aucune définition précise de ces dernières structures, les plus grandes de l'Univers. Cela fait plus de cinquante ans que la communauté scientifique bute sur ce problème.
Dans une publication faisant ce jeudi la une de la revue Nature, une équipe franco-israélo-américaine pense avoir identifié la nature profonde de ces «continents célestes». À partir d'un catalogue recensant la vitesse de 8 000 galaxies proches, ils en donnent la première description physique et définissent ainsi les contours du superamas contenant notre galaxie, la Voie lactée. Ils l'ont baptisé «Laniakea», un terme hawaïen signifiant «incommensurable paradis».
La couverture de Nature du 4 septembre 2014.
(Crédits: Nature, Illustration: Mark A. Garlick; Source: Daniel Pomarède)
«En fait, les superamas sont l'équivalent astronomique des bassins-versants sur Terre, à cette différence que ce n'est pas de l'eau qui s'écoule, mais des galaxies», explique Hélène Courtois, professeur à l'université de Lyon et deuxième auteur de ces travaux d'une importance fondamentale. La frontière entre deux superamas est la ligne de démarcation qui sépare deux bassins gravitationnels. Suivant qu'une galaxie se situe d'un côté ou de l'autre, elle s'écoulera dans un sens ou dans l'autre.
Sur la représentation graphique du superamas(voir ci-dessus), les grandes lignes représentent les trajectoires de galaxies obtenues à partir de leur vitesse propre, c'est-à-dire la manière dont elles se déplaceraient si l'Univers n'était pas en expansion continue. «Nous n'avons pas affiché les 8 000 trajectoires que nous avons calculées pour ne pas encombrer la représentation», explique Daniel Pomarède, informaticien au CEA à Saclay, qui a développé le logiciel de visualisation 3D.
La pelote de cheveux jaunes correspond ainsi à notre superamas. Tous les fils convergent vers une même «vallée gravitationnelle» en forme d'ange. Laniakea est 100 fois plus volumineux que le précédent «Superamas local» (aussi appelé «Superamas de la Vierge»). Il contient 100 000 grosses galaxies (100 milliards d'étoiles chacune) et un million de galaxies naines (de 1 à 10 milliards d'étoiles chacune). Et comme le Soleil dans notre galaxie, le groupe de la Voie lactée n'est qu'un élément périphérique de ce superamas.
« Les superamas sont l'équivalent astronomique des bassins-versants sur Terre, à cette différence que ce n'est pas de l'eau qui s'écoule, mais des galaxies. »
La découverte de Laniakea permet d'éclaircir un des grands mystères de l'astrophysique: pourquoi notre Voie lactée se dirige-t-elle à 630 kilomètres par seconde dans une direction donnée? Les astrophysiciens ont longtemps travaillé, en vain, sur un hypothétique objet au titre ronflant: «le Grand Attracteur». Celui-ci n'existe pas. Il s'avère en fait que notre galaxie se déplace comme les autres sous la seule influence gravitationnelle de ses voisines et de la matière noire environnante. Il fallait simplement avoir une vue d'ensemble plus large pour le constater.
Les quelques mille-pattes blancs qui entourent Laniakea sur l'image ci-dessous sont probablement des superamas voisins. «Nous manquons toutefois de données pour connaître leurs frontières précises, note Hélène Courtois. Peut-être que certains appartiennent à un même bassin plus vaste que nous ne parvenons pas encore à discerner.» Il y aurait la place pour six millions de superamas de la taille de Laniakea dans l'Univers. De quoi donner le vertige.
Un télescope spatial en 2020
La chercheuse travaille justement en ce moment à étoffer la base de données Cosmicflows-2 sur les vitesses des galaxies afin d'explorer un volume plus grand d'Univers. Le premier objectif pour sa troisième édition serait de doubler le nombre de galaxies dans les deux années à venir.
Seule la vitesse des galaxies spirales peut être connue avec une relative précision (10 à 20 % près), car elles contiennent encore les nuages d'hydrogène dont se servent les astrophysiciens pour effectuer cette mesure. «Les radiotélescopes suffisamment puissants pour effectuer ces mesures ne sont apparus que dans les années 2000, rappelle l'astrophysicienne lyonnaise. Cela explique en partie pourquoi la découverte de Laniakea est si tardive. Pour franchir un nouvel ordre de grandeur et étudier un volume d'Univers deux fois plus gros, il faudra probablement attendre la nouvelle génération d'instruments qui arrive.»
Le télescope spatial européen Euclid, dont le lancement est prévu en 2020, pourrait constituer une autre révolution dans l'étude des superamas et de la distribution de matière noire dans l'Univers.