L'espace est comme une éponge; de longs filaments brillants de milliers et de millions de galaxies alternent avec des vides - des trous noirs dans lesquels il y a beaucoup moins d'amas d'étoiles que la moyenne. Il est vrai que personne n'est autorisé à voir l'Univers de cette manière: peu importe où se trouve l'observateur, la dispersion des étoiles et des galaxies semblera être la surface intérieure de la sphère, au centre de laquelle se tient le spectateur.
Les astronomes de l'Antiquité et jusqu'au début du XXe siècle semblaient avoir un ciel plat: ils ne savaient déterminer la distance qu'aux objets astronomiques les plus proches - le Soleil, la Lune, les planètes du système solaire et leurs grands satellites; tout le reste était inaccessible loin - si loin qu'il était inutile de parler de ce qui était plus proche et de ce qui était ensuite. Ce n'est qu'au début du XXe siècle que l'espace lointain a commencé à acquérir du volume: de nouvelles façons de mesurer les distances vers des étoiles lointaines sont apparues - et nous avons appris qu'en plus de notre galaxie, il existe également d'innombrables amas d'étoiles. Et à la fin du siècle, l'humanité a découvert que sa galaxie native tournait dans l'un des espaces entre les filaments de "l'éponge" stellaire - dans un endroit qui est très vide, même selon les normes cosmiques.
De l'avion au volume
L'œil humain ne peut distinguer un objet éloigné d'un objet proche que si ces objets ne sont pas trop éloignés de l'observateur. Un arbre qui pousse à proximité et une montagne à l'horizon; une personne qui fait la queue devant le spectateur - et une centaine de personnes de lui. La binocularité nous permet de comprendre ce qui est loin et ce qui est proche (avec un œil, cela peut également être fait, mais avec moins de précision) et la capacité du cerveau à évaluer la parallaxe - le changement de la position apparente d'un objet par rapport à un arrière-plan éloigné.
Quand on regarde les étoiles, toutes ces astuces sont inutiles. Avec un télescope puissant, vous pouvez estimer la distance des étoiles les plus proches du Soleil en utilisant la parallaxe, mais c'est là que nos capacités s'arrêtent. Le maximum réalisable avec cette méthode a été atteint en 2007 par le télescope satellite Hipparcos, qui a mesuré la distance jusqu'à un million d'étoiles au voisinage du Soleil. Mais si la parallaxe est votre seule arme, tout ce qui dépasse quelques centaines de milliers de parsecs reste des points sur la surface intérieure de la sphère. Au contraire, il est resté - jusqu'aux années vingt du siècle dernier.
La simulation Millenium calcule 10 milliards de particules dans un cube avec une arête d'environ 2 milliards d'années-lumière. Pour son premier lancement en 2005, les données préliminaires de la mission WMAP, qui a étudié le rayonnement relique du Big Bang, ont été utilisées. Après 2009, lorsque l'observatoire spatial de Planck a clarifié les paramètres du CMB, la simulation a été redémarrée à plusieurs reprises, chaque fois qu'il fallait un mois au supercalculateur de la société Max Planck pour fonctionner. La simulation a montré la formation des galaxies et leur distribution - l'apparition d'amas de galaxies et de vides entre elles.
Où dans l'espace "éponge" se trouve la Voie lactée?
La galaxie de la Voie lactée est située à 700 000 parsecs de la grande galaxie la plus proche - Andromède - et, avec la galaxie Triangulum et cinquante galaxies satellites naines, forme le groupe local de galaxies. Le groupe local, avec une douzaine d'autres groupes, fait partie de la feuille locale - un filament galactique, une partie du superamas local des galaxies (superamas), autrement connu sous le nom de superamas de la Vierge; outre la nôtre, il y a environ mille grandes galaxies. La Vierge, à son tour, fait partie du superamas de Laniakei, qui contient déjà environ 100 000 galaxies. Les voisins les plus proches de Laniakea sont le superamas des cheveux de Veronica, le superamas Persée-Poissons, le superamas d'Hercule, l'amas du Lion et d'autres. Le morceau de vide cosmique le plus proche de nous, l'entrée locale, se trouve de l'autre côté de la Voie lactée, qui ne fait pas face à la Feuille locale. Du Soleil au centre du Vide Local, il est d'environ 23 Mpc et son diamètre est d'environ 60 Mpc, soit 195 millions d'années-lumière. Et c'est une goutte dans l'océan par rapport au vraiment Grand Vide qui nous entoure peut-être.
En 2013, un groupe d'astronomes est arrivé à la conclusion que la Voie lactée, et avec elle les galaxies les plus proches - la plupart de Laniakea - sont situées au milieu d'un vide vraiment géant d'environ 1,5 milliard d'années-lumière. Les scientifiques ont comparé la quantité de rayonnement atteignant la Terre à partir de galaxies proches et de coins éloignés de l'univers. La photo donnait l'impression que l'humanité vivait à la périphérie lointaine d'une métropole: la lueur d'une grande ville illumine le ciel nocturne plus que la lumière des fenêtres des maisons voisines. La zone géante de vide relatif a été appelée le vide KVS - après les premières lettres (latines) des noms des auteurs de l'étude, Ryan Keenan, Amy Barger et Lennox Cowie.
Void PIC fait toujours l'objet de débats dans la communauté des astronomes. Son existence résoudrait certains problèmes fondamentaux. Rappelons qu'un vide n'est pas un vide, mais une région dans laquelle la densité des galaxies est de 15 à 50% inférieure à la moyenne de l'Univers. Si le vide KBC existe, alors cette faible densité expliquerait l'écart entre les valeurs de la constante de Hubble (caractérisant le taux d'expansion de l'Univers) obtenues à l'aide des Céphéides et par le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes. Cet écart est l'un des problèmes les plus difficiles de l'astrophysique moderne, car en théorie, la constante de Hubble, comme toute autre constante, ne devrait pas changer en fonction de la méthode de mesure. Si la Voie lactée est dans un vide géant, alors le rayonnement relique sur le chemin de la Terre rencontre beaucoup moins de matière que la moyenne dans l'espace; corriger cela,vous pouvez rapprocher les données expérimentales et mesurer avec précision le taux d'expansion de l'univers.
Théories sur l'origine des superagrégats et des vides galactiques
Immédiatement après la découverte de superamas de galaxies et de vides, les scientifiques se sont interrogés sur leur origine - et dès le début, il est devenu clair que l'on ne peut pas se passer de la masse invisible de l'Univers. Une structure spongieuse ne peut pas être le produit de la matière normale, baryonique, dont nos objets familiers et nous-mêmes sont composés; selon tous les calculs, son mouvement ne pouvait pas conduire à la macrostructure observée aujourd'hui pendant le temps qui s'est écoulé depuis le Big Bang. Les superagrégats et les vides galactiques ne pouvaient être générés que par la redistribution de la matière noire, qui avait commencé bien avant la formation des premières galaxies.
Cependant, lorsque la première théorie semblait expliquer l'existence de fils et de vides, le Big Bang n'avait pas encore été discuté. L'astrophysicien soviétique Yakov Zeldovich, qui avec Jaan Einasto a commencé à étudier la macrostructure, a fait ses premiers calculs dans le cadre du concept de matière noire en tant que neutrino, connu sous le nom de théorie de la matière noire chaude. Les perturbations de la matière noire survenues aux premiers stades de l'existence de l'Univers, selon Zeldovich, ont provoqué l'apparition d'une structure cellulaire («crêpes»), qui plus tard a attiré par gravitation la matière baryonique et, en un peu plus de treize milliards d'années, a formé la structure observée des superamas galactiques, des filaments, des murs et des vides entre eux.
Au milieu des années 1980, la théorie de la matière noire chaude a été abandonnée au profit de la théorie de la matière noire froide. Entre autres choses, il se distinguait de la théorie des neutrinos par les échelles auxquelles les inhomogénéités primaires apparaissaient - plus petites et donc, semble-t-il, n'expliqueraient pas l'existence de l '«éponge» cosmique avec ses éléments de centaines de milliers de parsecs de long. Au cours des deux décennies suivantes, cependant, les astrophysiciens ont réussi à réconcilier le modèle de la «crêpe» avec les mathématiques derrière la matière noire «froide».
Les simulations informatiques modernes montrent parfaitement comment les fluctuations de la distribution de la matière noire dans le jeune univers ont donné naissance à des filaments et des vides galactiques. La plus célèbre de ces simulations, réalisée dans le cadre du projet The Millennium Simulation en 2005 sur un supercalculateur au Leibniz, montre la formation de structures comparables en taille au superamas de Laniakei - celui dans lequel notre galaxie tourne.
Anastasia Shartogasheva
