Aux plus grandes échelles, les réseaux de filaments gazeux s'étendent sur des centaines de millions d'années-lumière, reliant des amas de galaxies massifs. Mais ce gaz est tellement raréfié qu'il est impossible de le voir directement.
Pendant des années, les astronomes ont utilisé des quasars - des centres galactiques brillants alimentés par des trous noirs supermassifs accrétant rapidement des matériaux - pour cartographier la matière autrement invisible.
Mais maintenant, pour la première fois, une équipe d'astronomes dirigée par Khee-Gan Lee, un post-doc au Max Planck Institute for Astronomy, a réussi à créer une carte en trois dimensions de la structure à grande échelle de l'Univers en utilisant galaxies lointaines. Et les avantages sont nombreux.
La science a toujours fait quelque chose comme ça: lorsque la lumière brillante d'un quasar éloigné se dirige vers la Terre, elle rencontre les nuages intermédiaires d'hydrogène gazeux et est partiellement absorbée. Cela laisse des lignes d'absorption sombres dans le spectre du quasar.
Si l'Univers était statique, les raies d'absorption sombres seraient toujours situées au même endroit (121 nanomètres pour la soi-disant ligne Lyman-alpha) dans le spectre du quasar. Mais parce que l'Univers se développe, le quasar lointain s'envole de la Terre à une vitesse rapide. Cela étire la lumière du quasar, de sorte que chaque nuage de gaz hydrogène intervenant imprime sa signature d'absorption sur une région différente du spectre du quasar, laissant une forêt de lignes.
Par conséquent, des mesures détaillées des spectres de quasars multiples rapprochés peuvent en fait révéler la nature tridimensionnelle des nuages d'hydrogène intermédiaires. Mais les galaxies sont près de 100 fois plus nombreuses que les quasars. Donc, en théorie, ils devraient fournir une carte beaucoup plus détaillée.
Le seul problème est que les galaxies sont également environ 15 fois plus faibles que les quasars. Les astronomes pensaient donc qu'ils n'étaient tout simplement pas assez brillants pour bien voir dans l'univers lointain. Mais Lee a effectué des calculs qui suggéraient le contraire.
"J'ai été surpris de constater que les grands télescopes existants devraient déjà être en mesure de collecter suffisamment de lumière de ces faibles galaxies pour cartographier l'absorption de premier plan, bien qu'à une résolution inférieure à ce qui serait possible avec les futurs télescopes", a déclaré Lee dans un communiqué de presse. "Pourtant, cela fournirait une vue sans précédent du web cosmique qui n'a jamais été cartographié à de si grandes distances."
Lee et ses collègues ont utilisé le télescope Keck I de 10 mètres sur Mauna Kea, à Hawaï, pour regarder de plus près les galaxies lointaines et la forêt d'absorption d'hydrogène intégrée dans leurs spectres. Mais même le temps à Hawaï peut devenir moche.
"Nous avons été assez déçus car le temps était horrible et nous n'avons réussi à recueillir que quelques heures de bonnes données", a déclaré le co-auteur Joseph Hennawi, également du Max Planck Institute for Astronomy. "Mais à en juger par la qualité des données au fur et à mesure qu'elles sortaient du télescope, il était déjà clair pour moi que l'expérience allait fonctionner."
L'équipe n'a pu collecter des données que pendant quatre heures. Mais c'était encore sans précédent. Ils ont examiné 24 galaxies éloignées, qui ont couvert suffisamment une petite partie du ciel et leur ont permis de combiner les informations dans une carte en trois dimensions.
La carte révèle la structure à grande échelle de l'Univers alors qu'il n'était que le quart de son âge actuel. Mais l'équipe espère bientôt analyser la carte pour plus d'informations sur la fonction de la structure - en suivant les flux de gaz cosmique qui s'écoulent des vides et sur des galaxies éloignées. Il fournira un dossier historique unique sur la façon dont les amas et les vides de la galaxie se sont développés à partir des inhomogénéités du Big Bang.
Les résultats ont été publiés dans le Astrophysical Journal et sont disponibles en ligne.
