La matière n'est pas uniformément répartie dans l'univers. À grande échelle, elle forme d'immenses filaments de galaxies, des membranes et des cavités vides. Notre Voie lactée appartient à l'un de ces superamas gigantesques : Laniakea.
Structures cosmiques à grande échelle
Imaginez envoyer une carte postale depuis une galaxie lointaine vers la Terre. L'adresse cosmique commencerait par votre rue, votre ville sur Terre – troisième planète du Soleil –, puis le bras d'Orion dans la Voie lactée, le Groupe local (plus de 50 galaxies sur 7 millions d'années-lumière), l'amas de la Vierge (plus de 1 000 galaxies à 50 millions d'années-lumière), et le superamas local (centaines de groupes sur plus de 100 millions d'années-lumière).
En bref
Ces superamas constituent les briques fondamentales des structures cosmiques. Ils s'étirent en filaments et feuilles autour de vastes vides dépourvus de galaxies.
Jusqu'en 2014, le superamas local marquait la fin de notre « adresse cosmique ». À plus grande échelle, l'univers paraît homogène. Mais une équipe dirigée par R. Brent Tully a découvert Laniakea, un superamas étendu sur 400 millions d'années-lumière – « ciel incommensurable » en hawaïen, hommage aux navigateurs polynésiens. Notre Voie lactée y est excentrée, en périphérie.
Étudier Laniakea révèle le passé et l'avenir de l'univers : formation galactique, nature de la matière noire (80 % de la masse universelle) et de l'énergie noire (responsable de l'expansion accélérée depuis 1998).
Nous ne voyons pas la matière noire, mais nous prédisons ses accumulations avec précision grâce aux mouvements galactiques.
Matière noire et mouvements galactiques
L'univers s'étend depuis un siècle que l'on sait, mais les galaxies montrent des vitesses « particulières » inexplicables par l'expansion seule : attraction gravitationnelle locale. La matière ordinaire ne suffit pas (facteur 10 insuffisant) ; la matière noire, interagissant mainly par gravité, comble le manque. Les galaxies « flottent » dans des halos de matière noire.
Cartographier les vitesses particulières (expansion soustraite) révèle la matière noire. Des flux galactiques vers un point indiquent une haute densité gravitationnelle. Cela aide aussi à sonder l'énergie noire, cause de l'accélération : Big Freeze probable si elle domine.
Découverte de Laniakea
En mesurant le redshift (étirement lumineux dû à l'éloignement, effet Doppler), on calcule vitesses globales et distances. Soustraire l'expansion donne la vitesse particulière via distances indépendantes (bougies standard : Céphéides, supernovae Ia, relation Tully-Fisher).
Pendant que vous lisez, vous orbitez le Soleil à 30 km/s, le centre galactique à 200 km/s, et filez à 600 km/s vers le Centaure.
Le catalogue Cosmicflows (Tully et al., 2008-2013) a cartographié 8 000 galaxies sur 650 millions d'années-lumière, révélant Laniakea : un bassin gravitationnel de 400 millions d'années-lumière où galaxies convergent.
Notre coin du cosmos
De la Terre : Soleil (30 km/s), Voie lactée (200 km/s), Groupe local (Nuages de Magellan, Andromède à 2,5 M al, collision dans 4 Ga), Feuille locale, Cavité locale, amas Vierge (50 M al), superamas local, Grand Attracteur (Norma, Centaurus), jusqu'à Shapley. Laniakea englobe cela, avec flux vers Shapley plus loin.
Cosmicflows suggère des structures plus vastes. Cartes futures élucideront matière noire, énergie noire et destin cosmique.
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