La collision de deux vastes amas de galaxies, dont El Gordo, remet en question les prédictions du modèle cosmologique Lambda-matière noire froide (ΛCDM), suggérant la nécessité de réévaluer notre compréhension de la formation des structures cosmiques.
Une collision de deux amas massifs de galaxies alors que l’Univers avait la moitié de son âge actuel n’aurait pas dû se produire selon la théorie standard de la cosmologie, selon une nouvelle étude réalisée par un groupe international d’astronomes.
Le cluster El Gordo
Selon le modèle cosmologique standard de matière noire froide Lambda (ΛCDM), les galaxies se forment d’abord et ne se combinent que plus tard en amas de galaxies plus grands. Ainsi, les amas de galaxies devraient mettre beaucoup de temps à apparaître sur la scène cosmique. La nouvelle étude, publiée dans le Journal d’astrophysiqueconteste cela en montrant que deux amas de galaxies extrêmement grands sont entrés en collision à une vitesse très élevée alors que l’Univers n’avait qu’environ la moitié de son âge actuel.
La paire d’amas en question est connue sous le nom d’El Gordo – qui signifie « Le gros » en espagnol – un nom approprié étant donné que sa masse est environ 2 000 000 milliards de fois celle du Soleil (2 suivi de quinze zéros). La nouvelle étude utilise une estimation mise à jour de sa masse, beaucoup plus précise. Cela supprime une source d’incertitude majeure dans une étude antérieure réalisée par les mêmes auteurs sur la problématique d’El Gordo pour le ΛCDM.
Image composite en couleur de l’amas de galaxies en interaction El Gordo, montrant la lumière des rayons X de l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA en bleu, les données optiques du très grand télescope de l’Observatoire européen austral en rouge, vert et bleu, ainsi que l’émission infrarouge du Spitzer de la NASA. Télescope spatial en rouge et orange. Crédit : Rayons X : NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes et al, Optique : ESO/VLT/Pontificia Universidad. Catolica de Chile/L.Infante & SOAR (MSU/NOAO/UNC/CNPq-Brésil)/Rutgers/F.Menanteau, IR : NASA/JPL/Rutgers/F.Menanteau
La masse a été estimée en déviant la lumière des galaxies d’arrière-plan, dont la forme semble déformée grâce à l’attraction gravitationnelle d’El Gordo – un peu comme une loupe. Cette masse de « lentille faible » a été obtenue à l’aide du télescope spatial Hubble, mais est en accord avec les résultats plus récents du télescope spatial Hubble. Télescope spatial James Webb et d’autres études utilisant d’autres méthodes. La masse a désormais une incertitude modeste de 10 %.
Analyser la collision
La recherche, dirigée par Elena Asencio, doctorante à l’Université de Bonn, a utilisé des simulations détaillées de l’interaction précédemment publiées pour estimer la vitesse à laquelle les clusters sont entrés en collision. Les auteurs ont ensuite effectué des recherches dans une simulation cosmologique ΛCDM moins détaillée couvrant un très grand volume pour rechercher des paires de clusters simulées. L’objectif était de compter combien d’entre eux sont globalement analogues à ce qu’était El Gordo peu avant la collision. Cela a été réalisé grâce à une méthode innovante de « tomographie à cône de lumière » qui considère que les objets plus éloignés sont observés plus loin dans le temps, quand il y avait moins de structure.
Les résultats ont révélé que la tension avec ΛCDM est très sévère quelle que soit la vitesse de collision plausible. De plus, l’incertitude qui subsiste dans la masse d’El Gordo ne joue plus un rôle significatif.
Elena a déclaré : « Les résultats de notre étude précédente ont été remis en question par certains scientifiques une fois qu’une estimation de masse mise à jour pour El Gordo a été publiée et ont été légèrement inférieures. Cela réduit effectivement la tension avec ΛCDM, mais cela reste très significatif pour toute vitesse de collision plausible. Des centaines de simulations détaillées montrent qu’El Gordo ne peut pas ressembler aux photos avec une vitesse de collision beaucoup plus lente qui pourrait vraisemblablement se produire dans ΛCDM.
S’il est possible d’obtenir une simulation ressemblant à El Gordo avec une collision plus rapide, un tel événement est trop rare dans ΛCDM. En effet, il serait très inhabituel de trouver deux amas aussi massifs à une distance aussi proche à un stade aussi précoce de l’histoire cosmique. En outre, exiger qu’ils se dirigent l’un vers l’autre à grande vitesse met à rude épreuve la crédibilité. La nouvelle étude et la mesure de masse plus précise pourraient conduire à davantage d’efforts pour simuler El Gordo afin de mieux comprendre cet objet énigmatique.
Au-delà d’El Gordo
El Gordo n’est pas le seul exemple de collision de clusters en contradiction avec ΛCDM. Le Dr Indranil Banik de l’École de physique et d’astronomie de St Andrews, qui a développé l’analyse statistique utilisée dans ce projet, a déclaré : « Le Bullet Cluster est un autre exemple de collision hautement énergétique entre deux amas de galaxies, bien qu’à une époque ultérieure. En combinaison avec El Gordo, la situation devient encore pire pour le ΛCDM. Et plusieurs autres exemples sont connus et évoqués dans notre étude.
Plusieurs études montrent également que les galaxies individuelles semblent se former beaucoup plus rapidement que prévu dans ΛCDM, en grande partie grâce aux données très récentes de James Webb. Pavel Kroupa, professeur à l’Université de Bonn et à l’Université Charles de Prague, a déclaré à propos du contexte plus large des résultats d’El Gordo : « Il existe désormais de nombreuses preuves que la formation de structures dans l’Univers s’est produite plus rapidement que prévu dans le ΛCDM. Nous explorons actuellement d’autres éléments de preuve à ce sujet.
