Une étude publiée récemment dans la revue Astronomie de la nature et qui remet en question les modèles actuels de formation des structures dans l'univers est basé sur des données obtenues avec le Gran Telescopio Canarias et parmi ses auteurs se trouve une équipe de chercheurs de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

La structure de l'univers peut être comparée à celle d'une éponge, souvent appelée la toile cosmique. La matière est concentrée le long de filaments qui se croisent, formant des zones où la plupart des matières s'accumulent, et d'autres où il y en a très peu. Aux points les plus denses, les galaxies se regroupent, formant des grappes. Ces systèmes, qui peut contenir des milliers de galaxies, sont les structures les plus massives de l'univers.

L'étude de la toile cosmique est l'un des défis actuels de l'astrophysique. Les propriétés des principaux composants de la matière à ces échelles ne sont pas bien connues, nous utilisons donc des termes tels que "matière noire" et "énergie noire". La première représente environ 20 pour cent de la masse de l'univers et est ce qui maintient les structures liées par leur propre gravité. La deuxième, d'autre part, représente 75 pour cent de l'univers et est lié à la façon dont l'univers s'étend. La matière "normale", les galaxies avec leurs étoiles, gaz, et de la poussière, représentent à peine 5% de la masse de l'univers, mais ils jouent un rôle important dans le traçage des forces et des propriétés de la matière noire et des énergies noires.

Une équipe internationale dirigée par Mauro Sereno de l'Université de Bologne (Italie), avec la participation de l'IAC et de l'Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), a localisé l'un des amas de galaxies les plus denses de l'univers. Les analyses de l'étude, pour la première fois, les zones extérieures de l'amas de galaxies PSZ2 G099.86+58.45 dans un rayon de 90 millions d'années-lumière, une région dans laquelle la répartition de la matière n'était pas connue auparavant, ni si le matériau de ces zones est lié par la gravité de l'amas.

L'environnement des amas de galaxies comprend d'autres structures telles que les filaments et autres amas voisins, et la matière qui tombe vers l'amas central le plus massif. "Cette étude montre que la densité de matière autour de l'amas que nous avons étudié est jusqu'à six fois plus importante que prévu, " dit Mauro Sereno, le chercheur principal. En outre, les chercheurs ont découvert que les mécanismes d'accumulation de masse peuvent donner lieu à des densités très élevées, même à de grandes distances de ces amas de galaxies.

Le travail est basé sur l'effet "lentille gravitationnelle", ce qui se produit lorsque la masse d'un amas et sa matière environnante courbent la lumière de galaxies très éloignées, changer les formes des images de ces galaxies d'arrière-plan. Plus le corps est dense et concentré agissant comme une lentille, plus la déformation des galaxies de fond est importante. L'étude statistique des déformations pour plus de 150, 000 galaxies de fond via l'effet dit de "lentille faible" à partir d'images profondes obtenues avec le CFHT (télescope Canada-France-Hawaii) ont permis à l'équipe de retrouver la distribution, Masse, et densité autour du cluster PSZ2 G099.86+58.45. Les résultats montrent que ce cluster est une rare exception, ce qui ne cadre pas bien avec les modèles de formation des structures. Cela implique qu'il doit y avoir des mécanismes d'accrétion de matière beaucoup plus efficaces que ceux que nous connaissons.

Bien que les modèles donnent de bons ajustements à la densité de la matière dans les régions internes des amas de galaxies à une distance de 15 à 20 millions d'années-lumière, dans les régions extérieures, les modèles ont besoin d'un composant supplémentaire pour s'adapter aux données observées. " Cette composante de la masse est totalement inconnue, et les simulations numériques des amas de galaxies ne le prédisent pas, " explique Rafael Barrena, un chercheur de l'IAC, l'un des auteurs de l'article publié dans Astronomie de la nature « Nous sommes donc confrontés à des preuves d'observation de grandes quantités de matière là où nous ne nous attendions pas à les trouver. »

Le groupe IAC participant à cette publication a effectué des observations spectroscopiques d'un échantillon de galaxies faisant partie de l'amas PSZ2 G099.86+58.45 à l'aide du spectrographe multi-objets OSIRIS sur le Gran Telescopio Canaris (GTC) à l'observatoire de Roque de los Muchachos ( Garafia, La Palma). En mesurant les vitesses des mouvements des galaxies de l'amas, il est possible de mesurer sa masse totale.

En tant que problème pratique, cela équivaut à mesurer la masse du soleil en utilisant les vitesses des planètes sur leurs orbites. En utilisant cette méthode, ils ont réussi à mesurer la masse totale de l'amas. Les résultats confirment que PSZ2 G099.86+58.45 est un très massif, amas dense de galaxies, et que les effets de son champ gravitationnel très puissant s'étendent à des distances très éloignées de son centre, bien supérieure à ce que prédisent les modèles.

"Nous avons produit une étude qui ouvre la porte à une région de l'univers jusqu'à présent insuffisamment explorée, la frontière entre les amas de galaxies, " dit la chercheuse de l'IAC Alina Streblyanska, l'un des auteurs de l'article. C'est une région qui peut nous donner beaucoup d'informations lorsque nous étudions ces systèmes, comment ils se sont formés, et comment ceux-ci, les structures les plus massives de l'univers, ont évolué. Avec cette étude, nous avons fait un petit pas de plus vers la compréhension de la matière noire et de sa distribution dans la toile cosmique de l'univers, " conclut Antonio Ferragamo, Chercheur IAC.