La structure à grande échelle de l’Univers est un terme cosmologique désignant la structure de la distribution de la matière dans l’Univers aux plus grandes échelles visibles.
Table des matières
Quelques éléments constitutifs de base de l’Univers
Le système planète-satellite est un exemple de la structure la plus simple de l’espace extra-atmosphérique. À l’exception des deux planètes les plus proches du Soleil (Mercure et Vénus), toutes les autres planètes ont un compagnon, et dans la plupart des cas plus d’un. Alors que la Terre n’est accompagnée que par la Lune, pas moins de 67 satellites gravitent autour de Jupiter, bien que certains d’entre eux soient assez petits. Cependant, avec leurs satellites, les planètes du système solaire tournent autour du Soleil, formant ce que l’on appelle un système planétaire.
Grâce aux observations, les astronomes ont découvert que la plupart des autres étoiles font également partie de systèmes planétaires. Parallèlement, les luminaires eux-mêmes forment souvent des systèmes et des amas que l’on appelle stellaires. D’après les données disponibles, la plupart des étoiles sont des systèmes stellaires appariés ou comportant un grand nombre de luminaires. À cet égard, notre Soleil est considéré comme atypique, car il n’a pas de paires
Si l’on considère l’espace quasi-solaire à plus grande échelle, il devient évident que tous les amas d’étoiles et leurs systèmes planétaires forment une île stellaire, la galaxie dite de la Voie lactée.
Histoire de l’étude de la structure de l’Univers
Diverses galaxies découvertes dans le cadre du projet SINGS. Agrandir l’image.
L’idée de la structure à grande échelle de l’Univers a été pensée pour la première fois par le remarquable astronome William Herschel. C’est à lui que l’on doit des découvertes telles que la découverte de la planète Uranus et de ses deux satellites, deux satellites de Saturne, la découverte du rayonnement infrarouge et l’idée que le système solaire se déplace dans l’espace. En construisant son propre télescope et en faisant des observations, il a effectué des calculs volumétriques des luminaires de différentes luminosités dans certaines régions du ciel et a conclu qu’il y avait de nombreuses îles d’étoiles dans l’espace extra-atmosphérique.
Plus tard, au début du 20e siècle, le cosmologiste américain Edwin Hubble a pu prouver que certaines nébuleuses appartenaient à d’autres structures que la Voie lactée. En d’autres termes, on savait avec certitude qu’il existait également divers amas d’étoiles en dehors de notre galaxie. Les recherches menées dans cette direction ont rapidement élargi notre compréhension de l’univers. Il s’est avéré qu’en plus de la Voie lactée, il existe des dizaines de milliers d’autres galaxies dans l’espace. En tentant de dresser une carte simplifiée de l’Univers visible, les scientifiques ont découvert que les galaxies sont réparties de manière inégale dans l’espace et qu’elles forment d’autres structures d’une taille inconcevable.
Amas de galaxies dans la constellation de l’Hydre.
Structure à grande échelle de l’Univers
Au fil du temps, les scientifiques ont découvert que les galaxies individuelles sont assez rares dans l’Univers. La grande majorité des galaxies forment des amas à grande échelle, qui peuvent être de formes diverses et inclure deux galaxies ou des multiples de deux galaxies, jusqu’à plusieurs milliers. Outre d’immenses îlots d’étoiles, ces structures stellaires massives comprennent également des amas de gaz portés à haute température. Malgré une densité très faible (des milliers de fois inférieure à celle de l’atmosphère solaire), la masse de ce gaz peut dépasser de manière significative la masse totale de toutes les étoiles dans certains amas de galaxies.
Les résultats des observations et des calculs ont conduit les scientifiques à l’idée que les amas de galaxies peuvent également former d’autres structures plus grandes. Il s’en est suivi deux questions intrigantes : si la galaxie elle-même, une structure complexe, fait partie d’une structure plus grande, cette structure peut-elle être une composante de quelque chose d’encore plus grand ? Et, en fin de compte, y a-t-il une limite à une telle structure hiérarchique, où chaque système fait partie d’un autre ?
Les parois galactiques ressemblent à l’entrelacement des neurones dans le cortex cérébral humain.
La réponse positive à la première question est confirmée par la présence de supercollisions de galaxies, qui à leur tour donnent naissance à des filaments galactiques, autrement appelés «murs». Leur épaisseur est en moyenne d’environ 10 millions d’années sv. et leur longueur de 160 à 260 millions d’années-lumière. Toutefois, pour répondre à la deuxième question, il convient de noter que les superamas de galaxies ne constituent pas une sorte de structure isolée, mais seulement des sections plus denses des murs galactiques. Par conséquent, les scientifiques sont aujourd’hui convaincus que ce sont les filaments galactiques (murs), les plus grandes structures cosmiques, combinés à la howdah (espace vide dépourvu d’amas d’étoiles) qui forment la structure fibreuse ou cellulaire de l’Univers.
La position de la Terre dans l’Univers
En nous éloignant quelque peu du sujet, indiquons la position de notre planète dans une structure aussi complexe :
- Système planétaire : solaire
- Nuage interstellaire local.
- Bras galactique d’Orion
- Galaxie : Voie lactée
- Amas de galaxies : Groupe local
- Supergroupe de galaxies : Supergroupe local (Vierge)
- Supergroupe de galaxies : Laniakea
- Mur : Complexe de supergroupes Pisces-Keith
Les résultats des recherches actuelles indiquent que l’Univers est constitué d’au moins 200 milliards de galaxies. Les parois des galaxies sont relativement plates et constituent les parois des «cellules» de l’Univers, et les endroits où elles se croisent forment des superamas de galaxies. Au centre de ces cellules, il y a des vides (void).
Documents sur le sujet
Les analyses effectuées par les scientifiques sur le modèle tridimensionnel de la distribution des galaxies suggèrent que la structure cellulaire est observée à une distance de plus d’un milliard d’années-lumière dans n’importe quelle direction. Cette information suggère qu’à une échelle de plusieurs centaines de millions d’années-lumière, tout fragment de l’Univers aura presque la même quantité de matière. Cela prouve que l’Univers est homogène à ces échelles.
Causes de la structure à grande échelle de l’Univers
Malgré la présence de structures à grande échelle telles que les murs et les filaments galactiques, les amas de galaxies sont toujours considérés comme les plus grandes structures stables. Le fait est que l’expansion connue de l’Univers étire progressivement la structure de tout objet, et que seule la gravité peut lutter contre cette force. L’observation des amas et des superamas a permis de mettre en évidence un effet stupéfiant appelé «lentille gravitationnelle». En d’autres termes, les rayons traversant l’espace interstellaire sont courbés, ce qui indique la présence d’une énorme masse invisible et cachée. Cette masse peut appartenir à divers corps cosmiques inobservables, mais à cette échelle, elle appartient très probablement à la matière noire.
Croix d’Einstein — un quasar à lentille gravitationnelle
En se basant sur le rayonnement relique presque homogène, les scientifiques sont convaincus que la matière dans l’Univers devrait être répartie uniformément. Mais la particularité de la gravité est qu’elle tend à attirer toutes les particules physiques dans des structures denses, rompant ainsi l’homogénéité. Ainsi, quelque temps après le Big Bang, de petites inhomogénéités dans la distribution de la matière dans l’espace ont commencé à se rétrécir de plus en plus pour former certaines structures. Leur gravité croissante (due à l’augmentation de la masse par volume) a progressivement ralenti l’expansion jusqu’à ce qu’elle s’arrête complètement. De plus, à certains endroits, l’expansion s’est transformée en compression, ce qui a entraîné la formation de galaxies et d’amas de galaxies.
Ce modèle a été vérifié par des calculs informatiques. Étant donné les très petites fluctuations (fluctuations, écarts) dans l’homogénéité du rayonnement relique, l’ordinateur a calculé que les mêmes petites fluctuations dans la distribution de la matière après le Big Bang, avec l’aide de la gravité, pourraient bien produire des amas de galaxies et la structure cellulaire à grande échelle de l’univers.
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Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023