Une toile cosmique reliant l’univers façonne la matière noire dans les galaxies, selon une étude

Les galaxies situées aux

Galaxies dans la toile cosmique. Image : K. Dolag, Universitäts-Sternwarte München, Ludwig-Maximilians-Universität München, Allemagne

ABSTRACT décompose la recherche scientifique hallucinante, les technologies futures, les nouvelles découvertes et les percées majeures.

Notre univers est relié par une toile cosmique constituée de fils géants de matière noire et de gaz qui s’étendent sur des millions d’années-lumière et se croisent à des « nœuds » peuplés d’amas denses de galaxies. Ce vaste réseau façonne la distribution et l’évolution des galaxies de manière fondamentale que les scientifiques tentent de démêler avec des observations toujours plus précises et des simulations avancées.

Maintenant, une équipe dirigée par Callum Donnan, étudiant de troisième cycle en astronomie à l’Université d’Édimbourg, a identifié une corrélation clé entre la composition chimique des galaxies et leur emplacement dans le réseau cosmique. En utilisant à la fois des observations réelles et des simulations informatiques, l’équipe a découvert que «les galaxies plus proches des nœuds [display] un enrichissement chimique plus élevé que ceux qui sont plus éloignés », une découverte qui révèle certaines des dynamiques mystérieuses qui relient l’univers, selon une étude publiée lundi dans Astronomie naturelle.

“On postule depuis un certain temps qu’il existe un lien entre l’évolution des galaxies et leur position dans la toile cosmique”, a déclaré Donnan dans un e-mail. “Obtenir des preuves d’observation a cependant été difficile en raison de la nécessité de vastes relevés spectroscopiques denses couvrant une grande partie du ciel. Les résultats de cela sont arrivés récemment, mais la façon dont les propriétés du gaz sont liées au réseau cosmique n’avait pas été explorée en détail auparavant. »

Pour se pencher sur cette question, Donnan et ses collègues ont examiné les galaxies à environ un milliard d’années-lumière de la Voie lactée observées par le Sloan Digital Sky Survey au Nouveau-Mexique, qui couvre une vaste zone du ciel. L’équipe a étudié la composition élémentaire des gaz dans les espaces interstellaires de ces galaxies réelles, une propriété connue sous le nom de métallicité en phase gazeuse.

Les résultats ont révélé que les galaxies proches des nœuds de la toile cosmique étaient plus riches en «métaux», ce qui en astronomie fait référence à tout élément plus lourd que l’hélium. Une corrélation plus faible a également été observée avec la proximité des filaments du Web, qui sont les fils qui s’étendent à travers l’univers et relient les nœuds entre eux. L’équipe a exécuté des simulations cosmologiques sophistiquées à l’aide de la plate-forme IllustrisTNG, qui a soutenu les résultats d’observation.

De manière significative, l’approche a révélé que la position d’une galaxie dans la toile cosmique module son contenu chimique même lorsque d’autres facteurs, tels que la densité d’une région particulière de l’univers, sont pris en compte.

“Nous soupçonnions qu’il y aurait une relation car les galaxies ne sont pas des systèmes isolés et interagissent avec leur environnement”, a noté Donnan. « Cependant, nous ne savions pas exactement à quoi nous attendre, car de nombreux processus physiques sont en jeu ici. Il y a eu des preuves dans le passé que les galaxies dans les régions surdenses de l’univers sont chimiquement enrichies, mais rien ne regarde la pleine échelle de la toile cosmique. »

Naturellement, cela soulève la question de savoir pourquoi les galaxies situées près des nœuds sont enrichies de plus de métaux par rapport à celles distribuées le long de filaments ou dans des “vides” vides au sein de la toile cosmique. L’équipe de Donnan a isolé deux moteurs majeurs de cette relation : l’absorption de gaz provenant de l’extérieur des galaxies et l’évolution des étoiles et de la matière noire à l’intérieur de celles-ci.

Les galaxies se nourrissent de gaz qui jonchent l’espace dans le milieu intergalactique, mais celles qui sont plus éloignées des nœuds consomment beaucoup plus de ce matériau extérieur que celles proches des nœuds. Étant donné que le gaz intergalactique est pauvre en métaux, il dilue le gaz enrichi des galaxies lointaines, abaissant leurs métallicités globales en phase gazeuse. Les galaxies proches des nœuds ne consomment pas autant de ce matériau pauvre en métaux, ce qui les aide à rester chimiquement enrichies avec des concentrations plus élevées d’éléments plus lourds.

De plus, les galaxies proches des nœuds semblent avoir mûri plus tôt que celles situées à distance. Ces galaxies avaient une longueur d’avance dans la naissance de nouvelles étoiles et la collecte de matière noire, une substance mystérieuse qui constitue la majeure partie de la matière de l’univers.

“Nous pensons que les galaxies proches des nœuds ont eu une formation d’étoiles plus active dans leur passé et d’autres résultats montrent que les galaxies proches des nœuds ont assemblé leur matière noire plus tôt”, a déclaré Donnan. “Nous suggérons que cela montre un lien entre l’assemblage sous-jacent de la grande structure de matière noire dans l’univers et la métallicité du gaz grâce à l’augmentation de la formation d’étoiles précoces.”

Démêler ces connexions nuancées entre la toile cosmique et l’évolution des galaxies est une tâche difficile, compte tenu de l’échelle et de la complexité de ces interactions astronomiques. Donnan et ses collègues ont déclaré que leurs découvertes représentent “un premier pas important vers cet objectif” dans l’étude, mais ils soulignent également que les nouvelles technologies affineront ces mystères à l’avenir. En particulier, l’instrument spectroscopique à énergie noire (DESI), qui devrait être achevé au milieu des années 2020, aidera à exposer certains des liens cachés entre cette structure cosmique épique et les galaxies à l’intérieur et autour d’elle.

“Avec l’instrument spectroscopique à énergie noire (DESI), nous aurons un spectre pour un ordre de grandeur de plus de galaxies et cela nous permettra de faire avancer cette question et de commencer à vraiment démêler les façons dont la toile cosmique influence l’évolution des galaxies”, a déclaré Donnan. dit. “DESI nous permettra également de voir cet effet plus loin dans le temps et nous pouvons donc voir comment le rôle du réseau cosmique dans l’évolution des galaxies change avec le temps.”

“La grande image ici est d’essayer de générer une image complète de l’évolution des galaxies et nous avons montré que pour ce faire, nous devons considérer le rôle de la toile cosmique”, a-t-il conclu. “Il y a beaucoup d’incertitude, en particulier sur la physique complexe des gaz des galaxies et nous avons montré que la toile cosmique joue un rôle à cet égard. De plus, essayer de relier la croissance de la structure à grande échelle de l’univers à l’évolution des galaxies est important pour comprendre l’évolution de l’univers dans son ensemble, car cela peut nous aider à mieux comprendre la cosmologie. Cela aide à créer un pont entre la physique aux plus grandes échelles et aux plus petites échelles galactiques. »

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