L'univers tel que simulé par la Simulation du Millénaire est structuré comme un fromage suisse en filaments et en vides. La voie Lactée, selon les astronomes de l'UW-Madison, existe dans l'un des trous ou vides de la structure à grande échelle du cosmos. Crédit :Projet de simulation du millénaire
Cosmologiquement parlant, la Voie lactée et son voisinage immédiat sont dans les boondocks.
Dans une étude observationnelle de 2013, Ryan Keenan, chercheur postdoctoral à l'Academia Sinica à Taïwan et ancien élève de l'Université du Wisconsin-Madison, et son ancien conseiller UW, l'astronome Amy Barger, a montré que notre galaxie, dans le contexte de la structure à grande échelle de l'univers, réside dans un vide énorme - une région de l'espace contenant beaucoup moins de galaxies, étoiles et planètes que prévu.
Maintenant, une nouvelle étude d'un étudiant de premier cycle de l'UW-Madison, également élève de Barger, non seulement raffermit l'idée que nous existons dans l'un des trous de la structure du fromage suisse du cosmos, mais aide à atténuer le désaccord ou la tension apparent entre les différentes mesures de la constante de Hubble, l'unité que les cosmologistes utilisent pour décrire la vitesse à laquelle l'univers s'étend aujourd'hui.
Les résultats de la nouvelle étude ont été présentés ici aujourd'hui (6 juin, 2017) lors d'une réunion de l'American Astronomical Society.
La tension naît du fait que les différentes techniques utilisées par les astrophysiciens pour mesurer la vitesse d'expansion de l'univers donnent des résultats différents. "Peu importe la technique que vous utilisez, vous devriez obtenir la même valeur pour le taux d'expansion de l'univers aujourd'hui, " explique Ben Hoscheit, l'étudiant du Wisconsin présentant son analyse du vide apparemment beaucoup plus grand que la moyenne dans lequel réside notre galaxie. "Heureusement, vivre dans le vide aide à résoudre cette tension."
La raison en est qu'un vide - avec beaucoup plus de matière à l'extérieur du vide exerçant une attraction gravitationnelle légèrement plus grande - affectera la valeur de la constante de Hubble que l'on mesure à partir d'une technique qui utilise des supernovae relativement proches, alors qu'il n'aura aucun effet sur la valeur dérivée d'une technique qui utilise le fond diffus cosmologique (CMB), la lumière restante du Big Bang.
Une carte de l'univers local tel qu'observé par le Sloan Digital Sky Survey. Les zones oranges ont des densités plus élevées d'amas et de filaments de galaxies. Crédit : Sloan Digital Sky Survey
Le nouveau rapport du Wisconsin fait partie d'un effort beaucoup plus important pour mieux comprendre la structure à grande échelle de l'univers. La structure du cosmos est semblable à un fromage suisse dans le sens où il est composé de "matière normale" sous forme de vides et de filaments. Les filaments sont constitués de superamas et d'amas de galaxies, qui à leur tour sont composées d'étoiles, gaz, poussière et planètes. Matière noire et énergie noire, qui ne peut pas encore être observé directement, sont censés comprendre environ 95 pour cent du contenu de l'univers.
Le vide qui contient la Voie Lactée, connu sous le nom de vide KBC pour Keenan, Barger et Lennox Cowie de l'Université d'Hawaï, est au moins sept fois plus grand que la moyenne, avec un rayon mesurant environ 1 milliard d'années-lumière. À ce jour, c'est le plus grand vide connu de la science. la nouvelle analyse de Hoscheit, selon Barger, montre que les premières estimations de Keenan du vide KBC, qui a la forme d'une sphère avec une coquille d'épaisseur croissante composée de galaxies, étoiles et autres matières, ne sont pas exclus par d'autres contraintes d'observation.
"Il est souvent très difficile de trouver des solutions cohérentes entre de nombreuses observations différentes, " dit Barger, un cosmologiste d'observation qui détient également un poste de diplômé affilié au département de physique et d'astronomie de l'Université d'Hawaï. "Ce que Ben a montré, c'est que le profil de densité mesuré par Keenan est cohérent avec les observables cosmologiques. On veut toujours trouver une cohérence, ou bien il y a un problème quelque part qui doit être résolu."
La lumière brillante d'une explosion de supernova, où la distance à la galaxie qui héberge la supernova est bien établie, est la « bougie » de choix pour les astronomes mesurant l'expansion accélérée de l'univers. Parce que ces objets sont relativement proches de la Voie lactée et parce que peu importe où ils explosent dans l'univers observable, ils le font avec la même quantité d'énergie, il fournit un moyen de mesurer la constante de Hubble.
Alternativement, le fond diffus cosmologique est un moyen de sonder le tout premier univers. "Les photons du CMB encodent une image de bébé du tout début de l'univers, " explique Hoscheit. " Ils nous montrent qu'à ce stade, l'univers était étonnamment homogène. Il faisait chaud, soupe dense de photons, électrons et protons, montrant seulement des différences de température infimes à travers le ciel. Mais, En réalité, ces minuscules différences de température sont exactement ce qui nous permet d'inférer la constante de Hubble grâce à cette technique cosmique."
Une comparaison directe peut ainsi être faite, Hoscheit dit, entre la détermination « cosmique » de la constante de Hubble et la détermination « locale » dérivée des observations de la lumière provenant de supernovae relativement proches.
La nouvelle analyse faite par Hoscheit, dit Barger, montre qu'il n'y a actuellement aucun obstacle observationnel à la conclusion que la Voie lactée réside dans un très grand vide. En prime, Elle ajoute, la présence du vide peut également résoudre certaines des divergences entre les techniques utilisées pour mesurer la vitesse d'expansion de l'univers.
