La découverte du Grand Anneau, une structure colossale située à 9,2 milliards d’années-lumière et d’un diamètre de 1,3 milliard d’années-lumière, remet en question les théories cosmologiques existantes. Avec l’Arc Géant découvert précédemment, ces structures, situées dans le même voisinage cosmique, contestent le Principe Cosmologique. (Concept de l’artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Un grand mystère cosmologique
La découverte d’une deuxième structure ultra-large dans l’espace lointain remet encore davantage en question notre compréhension de l’univers.
La découverte d’une deuxième structure ultra-large dans l’univers lointain a encore remis en question certaines hypothèses fondamentales sur la cosmologie.
Le Grand Anneau du Ciel se trouve à 9,2 milliards d’années-lumière de la Terre. Il a un diamètre d’environ 1,3 milliard d’années-lumière et une circonférence d’environ quatre milliards d’années-lumière. Si nous pouvions sortir et le voir directement, le diamètre du Grand Anneau aurait besoin d’environ 15 pleines Lunes pour le couvrir.
Il s’agit de la deuxième structure ultra-large découverte par Alexia Lopez, doctorante à l’Université de Central Lancashire (UCLan), qui, il y a deux ans, a également découvert l’arc géant dans le ciel. Remarquablement, le Grand Anneau et l’Arc Géant, qui mesure 3,3 milliards d’années-lumière, se trouvent dans le même voisinage cosmologique : ils sont vus à la même distance, au même moment cosmique, et ne sont distants que de 12 degrés dans le ciel.
« Aucune de ces deux structures ultra-larges n’est facile à expliquer dans notre compréhension actuelle de l’univers. »
— Alexia Lopez, doctorante à l’UCLan
Alexia a déclaré : « Aucune de ces deux structures ultra-larges n’est facile à expliquer dans notre compréhension actuelle de l’univers. Et leurs très grandes tailles, leurs formes distinctives et leur proximité cosmologique doivent sûrement nous dire quelque chose d’important – mais quoi exactement ?
« Une possibilité est que le Big Ring pourrait être lié aux oscillations acoustiques baryoniques (BAO). Les BAO proviennent d’oscillations dans l’univers primitif et devraient aujourd’hui apparaître, du moins statistiquement, comme des coquilles sphériques dans la disposition des galaxies. Cependant, une analyse détaillée du Big Ring a révélé qu’il n’est pas vraiment compatible avec l’explication de BAO : le Big Ring est trop grand et n’est pas sphérique.
Une impression artistique de ce à quoi ressembleraient le Grand Anneau (représenté en bleu) et l’Arc Géant (représenté en rouge) dans le ciel. Crédit image de fond : Stellarium. Crédit : UCLan
D’autres explications pourraient être nécessaires, des explications qui s’écartent de ce qui est généralement considéré comme la compréhension standard en cosmologie. Une possibilité pourrait être une théorie différente – la cosmologie cyclique conforme (CCC) – proposée par Sir Roger Penrose, lauréat du prix Nobel. Les anneaux dans l’univers pourraient éventuellement être un signal de CCC.
« Nous pourrions nous attendre à ce qu’il y ait peut-être une structure extrêmement grande dans tout notre univers observable. Pourtant, le Grand Anneau et l’Arc Géant sont deux structures immenses et même voisines cosmologiquement, ce qui est extraordinairement fascinant.
— Alexia Lopez, doctorante à l’UCLan
Une autre explication pourrait être l’effet du passage des cordes cosmiques. Les cordes cosmiques sont des « défauts topologiques » filamenteux de grande taille, qui pourraient avoir été créés dans l’univers primitif. Un autre lauréat du prix Nobel, Jim Peebles, a récemment émis l’hypothèse que les cordes cosmiques pourraient jouer un rôle dans l’origine de certaines autres particularités de la distribution à grande échelle des galaxies.
De plus, le Grand Anneau remet en question le Principe Cosmologique, tout comme l’Arc Géant auparavant. Et si le Grand Anneau et l’Arc Géant forment ensemble une structure encore plus grande, alors le défi lancé au Principe Cosmologique devient encore plus convaincant.
Le Grand Anneau est centré près de 0 sur l’axe des x, s’étendant sur environ -650 à +650 sur l’axe des x (équivalent à 1,3 milliard d’années-lumière). Crédit : UCLan
Des structures aussi grandes – et d’autres découvertes par d’autres cosmologistes – remettent en question notre idée de ce à quoi ressemble une région « moyenne » de l’espace. Ils dépassent la limite de taille de ce qui est considéré comme théoriquement viable et posent des défis potentiels au principe cosmologique.
Alexia a déclaré : « Le principe cosmologique suppose que la partie de l’univers que nous pouvons voir est considérée comme un « échantillon juste » de ce à quoi nous nous attendons à ce que le reste de l’univers ressemble. Nous nous attendons à ce que la matière soit répartie uniformément partout dans l’espace lorsque nous observons l’univers à grande échelle ; il ne devrait donc y avoir aucune irrégularité notable au-dessus d’une certaine taille.
« Les cosmologues estiment que la taille limite théorique actuelle des structures est de 1,2 milliard d’années-lumière, mais ces deux structures sont beaucoup plus grandes : l’Arc Géant est presque trois fois plus grand et la circonférence du Grand Anneau est comparable à la longueur de l’Arc Géant.
« D’après les théories cosmologiques actuelles, nous ne pensions pas que des structures à cette échelle étaient possibles. Nous pourrions nous attendre à ce qu’il y ait peut-être une structure extrêmement grande dans tout notre univers observable. Pourtant, le Grand Anneau et l’Arc Géant sont deux structures immenses et même voisines cosmologiquement, ce qui est extraordinairement fascinant.
« Les données que nous examinons sont si lointaines qu’il a fallu la moitié de la vie de l’univers pour nous parvenir, donc à une époque où l’univers était environ 1,8 fois plus petit qu’il ne l’est aujourd’hui. »
— Alexia Lopez, doctorante à l’UCLan
Le Grand Anneau apparaît comme un anneau presque parfait dans le ciel, mais l’analyse plus approfondie d’Alexia révèle qu’il a plutôt la forme d’une bobine, comme un tire-bouchon, aligné face à la Terre. L’arc géant, qui fait environ 1/15ème du rayon de l’univers observable, se présente comme un énorme croissant de galaxies presque symétrique dans l’univers lointain. Elle est deux fois plus grande que l’impressionnante Grande Muraille de Sloan, composée de galaxies et d’amas, que l’on voit dans l’univers relativement proche.
Alexia Lopez, doctorante à l’UCLan. Crédit : UCLan
« Le Grand Anneau et l’Arc Géant sont à la même distance de nous, près de la constellation de Boötes le Berger, ce qui signifie qu’ils existaient à la même époque cosmique, lorsque l’univers n’avait que la moitié de son âge actuel », a commenté Alexia. « Ils se trouvent également dans la même région du ciel, à seulement 12 degrés l’un de l’autre lorsqu’on observe le ciel nocturne.
« L’identification de deux structures ultra-larges extraordinaires dans une configuration aussi rapprochée soulève la possibilité qu’elles forment ensemble un système cosmologique encore plus extraordinaire.
« Ces données que nous examinons sont si lointaines qu’il a fallu la moitié de la vie de l’univers pour nous parvenir, donc à une époque où l’univers était environ 1,8 fois plus petit qu’il ne l’est aujourd’hui. Le Grand Anneau et l’Arc Géant, à la fois individuellement et ensemble, nous offrent un grand mystère cosmologique alors que nous travaillons à comprendre l’univers et son développement.
Alexia, avec le conseiller Dr Roger Clowes, tous deux de l’Institut Jeremiah Horrocks de l’UCLan, et le collaborateur Gerard Williger de l’Université de Louisville, aux États-Unis, ont découvert la nouvelle structure en examinant les raies d’absorption dans les spectres des quasars du Sloan Digital Sky Survey (SDSS). ).
En utilisant la même méthode qui a conduit à la découverte de l’Arc Géant, ils ont observé le Magnésium-II (ou MgII – cela signifie le atome a perdu un électron) des systèmes d’absorption rétro-éclairés par des quasars, qui sont des galaxies superlumineuses éloignées. Ces quasars très éloignés et très lumineux agissent comme des lampes géantes qui éclairent des galaxies intermédiaires lointaines, mais beaucoup plus faibles, qui autrement resteraient invisibles.
Alexia a présenté ses découvertes sur le Big Ring au 243rd réunion de l’American Astronomical Society (AAS) le 10 janvier. L’AAS invite les chercheurs ayant des découvertes potentiellement révolutionnaires à partager leurs travaux avec la communauté mondiale de l’astronomie.
