Dans le désert froid de l'espace, les galaxies se regroupent autour des feux de camp des étoiles et de l'attraction rassurante des trous noirs supermassifs. Entre ces amas de galaxies confortables, où l'espace vide s'étend sur des millions d'années-lumière tout autour, une faible route de gaz fait le pont dans l'obscurité.
Ce réseau intergalactique gazeux est connu dans les modèles cosmologiques sous le nom de toile cosmique. Constitué de longs filaments d'hydrogène laissés par le Big Bang, le Web est censé contenir la plupart (plus de 60%) du gaz dans l'univers et alimenter directement toutes les régions productrices d'étoiles dans l'espace. Aux intersections où les filaments se chevauchent, des galaxies apparaissent. Du moins, c'est la théorie.
Les filaments de la toile galactique n'ont jamais été directement observés auparavant, car ils font partie des structures les plus faibles de l'univers et sont facilement éclipsés par la lueur des galaxies qui les entourent. Mais maintenant, dans une étude publiée aujourd'hui (3 octobre) dans la revue Science, les chercheurs ont concocté la toute première photographie de filaments cosmiques convergeant sur un amas de galaxies lointaines, grâce à certains des télescopes les plus sensibles de la Terre.
L'image (ci-dessous) montre des filaments bleus d'hydrogène sillonnant à travers un amas d'anciennes galaxies blanches, situées à environ 12 milliards d'années-lumière de la Terre (ce qui signifie que les galaxies sont nées environ au premier milliard et demi d'années après le Big Bang). Légèrement éclairés par la lueur ultraviolette des galaxies elles-mêmes, les filaments s'étirent sur plus de 3 millions d'années-lumière, confirmant leur statut parmi les structures les plus gargantuesques de l'espace.
"Ces observations des structures les plus faibles et les plus grandes de l'univers sont une clé pour comprendre comment notre univers a évolué dans le temps", a écrit Erika Hamden, astronome à l'Observatoire Steward de l'Université de l'Arizona, dans un commentaire d'accompagnement sur la nouvelle étude. (Hamden n'était pas impliqué dans la recherche.) Ces observations, a ajouté Hamden, ne sont "que la pointe de l'iceberg" de la détection du Web cosmique, la recherche révélant d'autres images du Web dans d'autres coins anciens de l'espace.
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Comme le note la nouvelle étude, les volutes d'hydrogène qui composent les filaments de la toile cosmique sont si faibles qu'elles se distinguent à peine du ciel vide. Alors, comment les chercheurs ont-ils réussi à tirer ces caractéristiques de l'obscurité? En utilisant les galaxies du Web "comme lampes de poche cosmiques", a écrit Hamden.
À l'aide d'un instrument appelé l'explorateur spectroscopique à unités multiples sur le très grand télescope de l'Observatoire austral européen, les chercheurs ont zoomé sur un ancien amas de galaxies situé dans la constellation du Verseau, connue pour être à la fois extrêmement vaste et extrêmement ancienne. La lumière des étoiles nouveau-nées et les trous noirs déchiqueteurs de matière illuminaient faiblement les volutes d'hydrogène tourbillonnant dans et entre ces galaxies, permettant aux chercheurs de cartographier un vague contour des filaments du Web cosmique.
Les observations ont révélé deux routes parallèles d'hydrogène reliant les points galactiques sur des millions d'années-lumière, reliées par un troisième flux de gaz les reliant en diagonale comme une rampe cosmique. Fidèles aux modèles cosmologiques, les filaments de gaz semblaient alimenter directement les galaxies formatrices d'étoiles les plus actives du réseau, pompant l'hydrogène directement dans les maisons des soleils nouveau-nés et des trous noirs affamés.
Cette étude fournit la preuve la plus convaincante à ce jour de l'existence du Web cosmique, tout comme le prédisent les modèles, a écrit Hamden. Cependant, l'étude de structures si faibles et si éloignées a des limites évidentes. D'une part, il est presque impossible de dire où les bords de chaque extrémité de filament d'hydrogène et de l'espace vide commencent, ce qui permet à différents chercheurs de définir les limites des filaments différemment, ce qui pourrait entraîner des images différentes des structures. De plus, les télescopes au sol peuvent détecter des filaments provenant uniquement des amas de galaxies les plus éloignés et anciens, qui émettent suffisamment de lumière pour révéler comment le réseau cosmique est apparu peu de temps après le Big Bang.
Un télescope UV spatial pourrait ouvrir la porte à l'étude de la façon dont le Web se connecte à des galaxies plus jeunes et plus faibles, mais déployer un tel instrument serait difficile et coûteux, a écrit Hamden. En fin de compte, cette nouvelle étude ne rapproche pas les astronomes de la Terre des mondes anciens et mystérieux de l'univers - mais elle nous rappelle que nous pouvons être plus connectés à eux que nous ne le pensions.
