Des astronomes de l’Université de Toronto ont repéré certaines des choses les plus insaisissables de notre univers en examinant en profondeur la toile cosmique, le réseau de filaments et de nœuds qui retracent la distribution à grande échelle des galaxies.
Même si les galaxies produisent la majeure partie de la lumière visible dans l’univers, elles contiennent moins de 10 % de tous les atomes du cosmos. La plupart des autres se trouvent dans la toile cosmique sous la forme d’un gaz si diffus qu’il n’y a pas plus d’un atome par pied cube d’espace, bien plus vide que le meilleur vide jamais réalisé sur Terre.
« Parce que le gaz est si mince, il est extrêmement difficile à voir », explique le cosmologue Adam Hincks, professeur adjoint nommé conjointement au département d’astronomie et d’astrophysique David A. Dunlap et au St. Michael’s College. « Pendant des années, les astronomes ont appelé cela le » problème du baryon manquant « . Ils s’attendaient à voir beaucoup d’atomes – que nous appelons baryons – mais n’en ont trouvé qu’une fraction lorsque nous avons additionné toute la matière incandescente qu’ils pouvaient repérer. »
Ces dernières années, cependant, les astronomes ont enfin commencé à découvrir ces atomes insaisissables.
À Toronto, Hincks, qui est également le titulaire inaugural de la chaire St. Michael’s of the Sutton Family Chair in Science, Christianity and Cultures, a dirigé une équipe internationale de scientifiques qui a détecté le gaz diffus et chaud dans un filament d’environ 40 millions d’années-lumière entre deux amas de galaxies.
Hincks et ses collaborateurs ont utilisé des données d’archives du satellite Planck et des données plus récentes du télescope cosmologique d’Atacama (ACT), dans le nord du Chili, qui examinent le fond diffus cosmologique (CMB), la lumière la plus ancienne de l’univers.
En observant comment la lumière du CMB était diffusée par le gaz du filament, ils ont déterminé que le gaz dans le filament avait la masse d’environ 50 milliards de soleils, soit environ 50 fois plus de masse que notre propre galaxie de la Voie lactée.
Bien que des preuves du gaz filamentaire dans ce système aient déjà été trouvées avec les données de Planck, le plus grand instrument ACT a considérablement affiné l’image, rendant la distinction entre les amas de galaxies et le filament beaucoup plus claire.
La recherche est décrite dans un article publié plus tôt cette année dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. Les co-auteurs de Hincks à l’U de T incluent Martine Lokken, titulaire d’un doctorat. étudiant au département d’astronomie et d’astrophysique de l’U de T, et J. Richard Bond, professeur à l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA).
Alors que les recherches menées par Hincks se concentraient sur les baryons manquants dans un ensemble particulier de galaxies, Lokken a découvert comment ce gaz est distribué dans un ensemble de régions spéciales du réseau cosmique.
Lokken, qui est supervisé par Bond et Renée Hložek, professeur agrégé à l’Institut Dunlap d’astronomie et d’astrophysique, a utilisé les données du Dark Energy Survey pour identifier près de 1 000 amas de galaxies qui vivent dans des régions de l’univers susceptibles d’être imprégnées de gaz à filaments qui est plus dense et plus chaud que la moyenne.
Lokken a ensuite combiné leur signal de gaz étendu dans les données Planck et ACT. Elle a trouvé des preuves non seulement de gaz dans les amas eux-mêmes, mais aussi dans des motifs filamenteux étendus loin des amas. Ceux-ci devraient contenir une grande partie du gaz diffus décrit dans l’article de Hincks.
« Notre travail démontre une nouvelle façon d’étudier le gaz dans le réseau cosmique », déclare Lokken. « Comptabiliser tous les soi-disant » baryons manquants « est l’une des tâches les plus importantes que nous, en tant que cosmologistes, devons accomplir. Nos études directionnelles du gaz cosmique sont une toute nouvelle façon de sonder ce problème et d’autres questions sur les origines de notre univers. »
Le travail de Lokken a récemment paru dans un article de Le Journal Astrophysique.
M. Lokken et al, Superclustering with the Atacama Cosmology Telescope and Dark Energy Survey. I. Preuve de l’anisotropie de l’énergie thermique à l’aide de l’empilement orienté, Le Journal Astrophysique (2022). DOI : 10.3847/1538-4357/ac7043
Adam D Hincks et al, Une vue haute résolution du filament de gaz entre Abell 399 et Abell 401 du Atacama Cosmology Telescope et MUSTANG-2, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2021). DOI : 10.1093/mnras/stab3391