Pendant des décennies, le modèle cosmologique prédominant utilisé par les scientifiques a été basé sur la théorie qu'en plus de la matière baryonique - aka. Matière «normale» ou «lumineuse», que nous pouvons voir - l'Univers contient également une quantité substantielle de masse invisible. Cette «matière noire» représente environ 26,8% de la masse de l'Univers, tandis que la matière normale ne représente que 4,9%.
Alors que la recherche de la matière noire est en cours et que des preuves directes n'ont pas encore été trouvées, les scientifiques étaient également conscients qu'environ 90% de la matière normale de l'Univers n'étaient toujours pas détectés. Selon deux nouvelles études récemment publiées, une grande partie de cette matière normale - qui consiste en des filaments de gaz chaud et diffus reliant les galaxies entre elles - a peut-être finalement été trouvée.
La première étude, intitulée «A Search for Warm / Hot Gas Filaments Between Pairs of SDSS Luminous Red Galaxies», est parue dans le Avis mensuels de la Royal Astronomic Society. L'étude était dirigée par Hideki Tanimura, alors doctorant à l'Université de la Colombie-Britannique, et comprenait des chercheurs de l'Institut canadien de recherches avancées (ICRA), de l'Université John Moores de Liverpool et de l'Université du KwaZulu-Natal.
La deuxième étude, récemment publiée en ligne, était intitulée «Les baryons manquants dans le Web cosmique révélés par l’effet Sunyaev-Zel’dovich». Cette équipe était composée de chercheurs de l'Université d'Édimbourg et était dirigée par Anna de Graaff, étudiante de premier cycle à l'Institut d'astronomie de l'Observatoire royal d'Édimbourg. Travaillant indépendamment l'une de l'autre, ces deux équipes ont abordé un problème de la matière manquante de l'Univers.
Sur la base de simulations cosmologiques, la théorie prédominante est que la matière normale de l'Univers, précédemment non détectée, se compose de brins de matière baryonique - c'est-à-dire des protons, des neutrons et des électrons - qui flotte entre les galaxies. Ces régions sont ce que l'on appelle le «Web cosmique», où des gaz de faible densité existent à des températures de 105 à 107 K (-168 t0 -166 ° C; -270 à 266 ° F).
Pour les besoins de leurs études, les deux équipes ont consulté les données de la collaboration Planck, une entreprise maintenue par l'Agence spatiale européenne qui comprend tous ceux qui ont contribué à la Planck (ESA). Cela a été présenté en 2015, où il a été utilisé pour créer une carte thermique de l'Univers en mesurant l'influence de l'effet Sunyaev-Zeldovich (SZ).
Cet effet fait référence à une distorsion spectrale dans le fond des micro-ondes cosmiques, où les photons sont diffusés par le gaz ionisé dans les galaxies et les structures plus grandes. Au cours de sa mission d’étudier le cosmos, le Planck Le satellite a mesuré la distorsion spectrale des photons CMB avec une grande sensibilité, et la carte thermique résultante a depuis été utilisée pour tracer la structure à grande échelle de l'Univers.
Cependant, les filaments entre les galaxies semblaient trop faibles pour que les scientifiques puissent les examiner à l'époque. Pour y remédier, les deux équipes ont consulté les données des catalogues des galaxies CMASS Nord et Sud, qui ont été produites à partir de la 12ème publication des données du Sloan Digital Sky Survey (SDSS). À partir de cet ensemble de données, ils ont ensuite sélectionné des paires de galaxies et se sont concentrés sur l'espace entre elles.
Ils ont ensuite empilé les données thermiques obtenues par Planck pour ces zones les unes sur les autres afin de renforcer les signaux causés par l'effet SZ entre les galaxies. Comme le Dr Hideki l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Le relevé de la galaxie SDSS donne une forme à la structure à grande échelle de l'Univers. L'observation de Planck fournit une carte tout-ciel de la pression du gaz avec une meilleure sensibilité. Nous combinons ces données pour sonder le gaz à faible densité dans le Web cosmique. »
Alors que Tanimura et son équipe ont empilé des données de 260 000 paires de galaxies, de Graaff et son équipe ont empilé des données de plus d'un million. En fin de compte, les deux équipes ont trouvé des preuves solides de filaments de gaz, bien que leurs mesures diffèrent quelque peu. Alors que l'équipe de Tanimura a constaté que la densité de ces filaments était d'environ trois fois la densité moyenne dans le vide environnant, de Graaf et son équipe ont constaté qu'ils étaient six fois la densité moyenne.
"Nous détectons le gaz à faible densité dans le Web cosmique statistiquement par une méthode d'empilement", a déclaré Hideki. «L'autre équipe utilise presque la même méthode. Nos résultats sont très similaires. La principale différence est que nous sondons un univers proche, d'un autre côté, ils sondent un univers relativement plus éloigné. »
Cet aspect particulier est particulièrement intéressant, car il laisse entendre qu'au fil du temps, la matière baryonique dans le Web cosmique est devenue moins dense. Entre ces deux résultats, les études représentaient entre 15 et 30% du contenu baryonique total de l'Univers. Bien que cela signifierait qu’une quantité importante de la matière baryonique de l’univers reste à trouver, il s’agit néanmoins d’une découverte impressionnante.
Comme Hideki l'a expliqué, leurs résultats soutiennent non seulement le modèle cosmologique actuel de l'Univers (le modèle Lambda CDM) mais vont au-delà:
«Le détail de notre univers reste un mystère. Nos résultats l'éclairent et révèlent une image plus précise de l'Univers. Lorsque les gens sont allés dans l'océan et ont commencé à faire une carte de notre monde, elle n'était pas utilisée à l'époque par la plupart des gens, mais nous utilisons maintenant la carte du monde pour voyager à l'étranger. De la même manière, une carte de l'univers entier peut ne plus être utile maintenant parce que nous n'avons pas de technologie pour aller loin dans l'espace. Cependant, il pourrait être précieux 500 ans plus tard. Nous sommes dans la première étape de l'élaboration d'une carte de l'Univers entier. »
Cela ouvre également des opportunités pour de futures études sur le Web Comsic, qui bénéficieront sans aucun doute du déploiement d'instruments de nouvelle génération comme le télescope James Webb, le télescope Atacama Cosmology et le Q / U Imaging ExperimenT (QUIET). Avec un peu de chance, ils pourront repérer la matière manquante restante. Alors, peut-être que nous pourrons enfin nous concentrer sur toute la masse invisible!
