PHOENIX – Une structure cosmique anormalement énorme lui a mis un anneau – et ce bling pourrait menacer une hypothèse fondamentale de la cosmologie.
Un anneau de matière dense s'étend sur plus de 3,3 milliards d'années-lumière, a rapporté la cosmologiste Alexia Lopez le 6 janvier lors d'une réunion de l'American Astronomical Society. Si elle est réelle, cette structure pourrait poser un problème au principe cosmologique, selon lequel l’univers se présente de la même manière dans toutes les directions à grande échelle.
Ce principe est « la deuxième hypothèse la plus fondamentale dans le domaine », après la théorie de la relativité générale d'Einstein, explique le physicien mathématicien Eoin ÓColgáin de l'Université technologique de l'Atlantique en Irlande, qui étudie les défis posés au principe cosmologique mais n'a pas été impliqué dans les nouveaux travaux. Chaque modèle théorique de l’univers suppose que la matière est répartie uniformément lorsque l’on considère des volumes d’espace suffisamment grands. Sans cette hypothèse, dit ÓColgáin, « l’enfer se déchaînerait ».
L’anneau géant rejoint une liste croissante de structures énormes qui ne devraient pas exister si cette hypothèse est vraie. Il s’agit apparemment d’une extension d’un « arc géant » précédemment signalé et encercle un « grand anneau » de matière plus petit – mais toujours énorme.
« Ils semblent désormais présenter davantage un défi au principe cosmologique », déclare Lopez, de l'Université de Central Lancashire à Preston, en Angleterre. « Pouvons-nous expliquer quelque chose comme un anneau et un arc ensemble ? »
Lopez et ses collègues ont repéré les structures à la lumière de quasars lointains – des disques de matière brillants entourant des trous noirs supermassifs – capturés par le Sloan Digital Sky Survey au Nouveau-Mexique. Lorsque la lumière des quasars traverse l'univers, une partie de celle-ci peut être absorbée et modifiée par les atomes situés dans et autour des galaxies situées dans l'espace intermédiaire. L'étude des changements dans la lumière des quasars permet aux astronomes de cartographier cette question.
Lopez a remarqué pour la première fois « l’arc géant » des galaxies en 2021. Toutes les galaxies de l’arc semblaient être à la même distance cosmique, envoyant leurs signaux à partir du moment où l’univers avait la moitié de son âge actuel, soit il y a près de 7 milliards d’années. En 2024, elle a ajouté le « grand anneau », un cercle apparent de galaxies situées à la même distance planant au-dessus de l’arc comme un œil de cyclope au-dessus d’un sourire.
Puis Lopez remarqua un mince filament formant un arc au-dessus du grand anneau. « On aurait presque dit que cela pourrait être une continuation de l'arc géant », dit-elle. Ou cela aurait pu être une coïncidence, son œil captant des formes qui n'existaient pas vraiment. Pour exclure cette possibilité, elle a effectué des tests statistiques et a constaté qu’il était peu probable que l’anneau se soit formé par accident. Parce qu'un univers homogène ne devrait pas contenir des structures aussi immenses, elles remettent en question les modèles actuels de cosmologie, dit-elle.
D'autres chercheurs ne sont pas d'accord. ÓColgáin pense que les grandes structures ne suffisent pas à elles seules à renverser le principe cosmologique, même si cette hypothèse se heurte à d’autres défis. Et certains disent que le modèle actuel de l’univers n’a aucune difficulté à former des caractéristiques aussi immenses. Dans un article publié sur arXiv.org en février 2025, l'astrophysicien théoricien Till Sawala de l'Université d'Helsinki et ses collègues ont rapporté des simulations informatiques d'univers qui incluent à la fois le principe cosmologique et des structures comme l'arc géant (l'anneau géant n'a pas été inclus car il n'a pas encore été présenté). Lopez rétorque que les arcs analogiques trouvés par ce groupe étaient différents des siens, donc les études ne sont pas comparables.
« On peut en discuter éternellement », déclare l'astrophysicien Subir Sarkar de l'Université d'Oxford. « Mais je pense que les anneaux changent complètement le jeu. Ce n'est pas quelque chose que l'on s'attendrait à trouver par hasard… Cela semble assez extraordinaire. »
Sarkar note que le travail de Lopez n'a pas encore été publié dans une revue à comité de lecture, il ne peut donc pas vérifier ses calculs. Mais des études du ciel plus vastes, comme celles réalisées avec l'instrument spectroscopique de l'énergie noire en Arizona ou l'observatoire Vera C. Rubin au Chili, devraient permettre de découvrir des structures à plus grande échelle, si elles existent réellement.
« Nous n'avons pas besoin de discuter jusqu'à la fin des temps pour savoir si cette structure est réelle ou accidentelle ou autre », dit Sarkar. « Nous devrions simplement obtenir plus de données, et davantage de choses devraient apparaître. »
