Depuis près d'un siècle, les astronomes ont compris que l'Univers est en expansion. C'est une conséquence de la relativité générale, et la vitesse à laquelle elle se développe est connue sous le nom de constante de Hubble - du nom de l'homme qui a remarqué le premier les phénomènes. Cependant, les astronomes ont également appris qu'avec les structures à grande échelle de l'Univers, les galaxies et les amas se sont également rapprochés et les uns par rapport aux autres.
Pendant des décennies, les astronomes ont cherché à suivre comment ces mouvements ont eu lieu au cours de l'histoire cosmique. Et grâce aux efforts d'une équipe internationale d'astronomes, la carte la plus détaillée à ce jour des orbites des galaxies qui se trouvent dans le Superamas Vierge a été créée. Cette carte englobe les mouvements passés de près de 1 400 galaxies dans 100 millions d'années-lumière de l'espace, montrant comment notre voisinage cosmique a changé.
L'étude qui détaille leurs recherches a récemment paru dans The Astrophysical Journal sous le titre «Action Dynamics of the Local Supercluster». Dirigée par Edward J. Shaya de l'Université du Maryland, l'équipe comprenait des membres de l'Institut UH d'astronomie, de l'Institut Racah de physique à Jérusalem et de l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'univers (IRFU) à Paris.
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a utilisé les données des enquêtes CosmicFlows, une série de trois études qui ont calculé la distance et la vitesse des galaxies voisines entre 2011 et 2016. Plusieurs membres de l'équipe d'étude ont été impliqués dans ces enquêtes, qu'ils ont ensuite jumelé à d'autres estimations de champ de distance et de gravité pour construire une étude d'écoulement massive du Superamas Vierge.
À partir de cela, ils ont pu créer des modèles informatiques qui ont cartographié les mouvements de près de 1 400 galaxies en 100 millions d'années-lumière et au cours de 13 milliards d'années (seulement 800 millions d'années après le Big Bang). Comme l'explique Brent Tully, astronome de l'UH Institute of Astronomy et co-auteur de l'étude, dans un communiqué de presse de l'UH:
«Pour la première fois, nous visualisons non seulement la structure détaillée de notre superamas local de galaxies, mais nous voyons comment la structure s'est développée au cours de l'histoire de l'univers. Une analogie est l'étude de la géographie actuelle de la Terre à partir du mouvement de la tectonique des plaques. »
Ce qu'ils ont découvert, c'est que leurs modèles correspondent bien à l'écoulement de la vitesse actuelle, ce qui signifie que les structures et les vitesses qu'ils ont observées dans leurs modèles correspondent à ce qui a été observé dans les galaxies de nos jours. Ils ont également déterminé que dans la zone d'espace qu'ils ont cartographiée, le principal attracteur gravitationnel est l'amas de la Vierge - qui est situé à environ 50 millions d'années-lumière et contient entre 1300 et 2000 galaxies.
De plus, leur étude a indiqué que plus d'un millier de galaxies sont tombées dans l'amas de la Vierge au cours des 13 derniers milliards d'années, tandis que toutes les galaxies à moins de 40 millions d'années-lumière de l'amas seront finalement capturées. À l'heure actuelle, la Voie lactée se trouve juste à l'extérieur de cette zone de capture, mais la Voie lactée et la galaxie d'Andromède sont toutes deux destinées à fusionner dans les 4 milliards d'années à venir.
Une fois qu'ils l'auront fait, le sort de la galaxie massive résultante sera similaire au reste des galaxies de la zone d'étude. C'était une autre conclusion de l'étude, où l'équipe a déterminé que ces événements de fusion faisaient simplement partie d'un schéma plus large. Fondamentalement, dans la région de l'espace qu'ils ont observée, il existe deux modèles d'écoulement globaux. Dans un hémisphère de cette région, toutes les galaxies - y compris la Voie Lactée - coulent vers une seule feuille plate.
Dans le même temps, chaque galaxie sur tout le volume d'espace se déplace vers des attracteurs gravitationnels situés bien au-delà de la zone d'étude. Ils ont déterminé que ces forces extérieures n'étaient autre que le superamas Centaurus - un amas de centaines de galaxies, situé à environ 170 millions d'années-lumière dans la constellation Centaurus - et le grand attracteur.
Le Grand Attracteur est situé à 150 millions d'années-lumière de distance, et est une région mystérieuse qui ne peut être vue en raison de son emplacement (de l'autre côté de la Voie lactée). Cependant, depuis des décennies, les scientifiques savent que notre galaxie et d'autres galaxies proches se dirigent vers elle. La région est également le cœur de la supergénération de Laniakea, une région qui s'étend sur plus de 500 millions d'années-lumière et contient environ 100 000 grandes galaxies.
En bref, alors que l'Univers est dans un état d'expansion, la dynamique des galaxies et des amas de galaxies indique qu'ils gravitent toujours dans des structures plus serrées. Dans notre voisinage cosmique, le principal attracteur est clairement l'amas de la Vierge, qui affecte toutes les galaxies dans un rayon de 40 millions d'années-lumière. Au-delà, c'est le superamas Centaurus et le grand attracteur (dans le cadre du superamas Laniakea plus grand) qui tirent sur nos cordes.
En traçant ce processus d'attraction qui a eu lieu au cours des 13 derniers milliards d'années, les astronomes et les cosmologistes peuvent voir à quel point notre univers a évolué au cours de la majeure partie de son histoire. Avec le temps et des instruments améliorés capables de regarder encore plus profondément dans le cosmos (comme le télescope spatial James Webb), nous devrions être en mesure de sonder encore plus loin vers le début du cosmos.
Tracer la façon dont notre univers a changé au fil du temps non seulement confirme nos modèles cosmologiques et vérifie les théories prédominantes sur le comportement de la matière à la plus grande échelle (c'est-à-dire la relativité générale). Il permet également aux scientifiques de prédire l'avenir de notre univers avec un certain degré de certitude, en modélisant la manière dont les galaxies et les superamas se réuniront pour former des structures encore plus grandes.
L'équipe a également créé une vidéo montrant les résultats de leur étude, ainsi qu'un modèle interactif permettant aux utilisateurs d'examiner le cadre de référence à partir de plusieurs points de vue. N'oubliez pas de regarder la vidéo ci-dessous et rendez-vous sur la page UH pour accéder à leur modèle interactif.
