Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme

Une équipe de scientifiques a produit la visualisation la plus détaillée des orbites des galaxies de notre voisinage local, montrant les mouvements passés de près de 1400 galaxies, groupes et amas de galaxies localisées jusqu’à des distances atteignant 100 millions d’années-lumière.

Ces trajectoires, présentées sous la forme d’une visualisation interactive dans un article dans Astrophysical Journal, permettent de comprendre l’histoire de la formation de cette partie de l’Univers et d’en apprendre plus sur son futur. A commencer par notre galaxie, la Voie Lactée. En un peu plus de 13 milliards d’années, celle-ci a ainsi parcouru une distance de plus de trente millions d’années-lumière dans une course l’éloignant progressivement d’une région sous-dense, le Vide Local, qui se vide de sa matière au profit des structures massives qui l’entoure. Le destin de la Voie Lactée est lié à celui de sa voisine la galaxie spirale d’Andromède. Tout se joue dans la rivalité entre deux phénomènes opposés : d’un côté la gravitation qui tend à faire s’effondrer les structures les unes sur les autres, et de l’autre côté l’expansion de l’Univers qui entraine deux galaxies à s’éloigner l’une de l’autre à une vitesse proportionnelle à la distance qui les sépare. Dans le cas du duo Voie Lactée / galaxie d’Andromède, c’est la gravitation qui l’emporte : les orbites calculées prédisent qu’elles entreront en collision dans 4.5 milliards d’années. Le principal attracteur gravitationnel dans la zone cartographiée est l’amas de galaxies dans la constellation de la Vierge avec 6x 10¹⁴ fois la masse du Soleil. Plus d'un millier de galaxies ont déjà été capturées dans cet amas, un sort qui attend toutes les galaxies qui se trouvent actuellement à moins de 40 millions d'années-lumière de son centre. La Voie Lactée et la galaxie d'Andromède se trouvent juste en dehors de cette zone de capture, là où l’expansion commence à l’emporter sur la gravitation.

Ces orbites, déterminées numériquement par le principe de moindre action, sont présentées dans cette publication grâce à une visualisation interactive 4D qui permet au lecteur non seulement d’explorer librement le modèle à travers des rotations, translations et zooms alors que les orbites se déroulent, mais aussi de prendre le contrôle de cette évolution temporelle, en la mettant en pause ou en jouant avec un curseur pour remonter le temps et explorer la formation de telle ou telle structure. A côté des événements particuliers que sont la collision de la Voie Lactée avec la galaxie d’Andromède, ou la capture par l’amas de la Vierge de toutes les galaxies qui l’entoure, cette visualisation montre de grandes tendances dans l’organisation des flots de matière : l’évacuation du Vide Local par exemple, ou l’écoulement vers des attracteurs situés à plus grande distance. Ces tendances sont également explorées dans une vidéo de visualisation qui fait partie de l’article.

Visualisation interactive des orbites de 1400 galaxies, groupes et amas de galaxies. L’amas de galaxies dans la constellation de la Vierge est représenté par une sphère rouge. Les amas de galaxies de Fornax, Antlia, et Virgo W sont représentés par des sphères de couleurs kaki, noire et violette, respectivement. La Voie Lactée et la galaxie d’Andromède sont représentées par les petites sphères de couleur jaune et verte. Les autres galaxies sont représentées par des sphères bleues. Le modèle peut être exploré au moyen de rotations, translations et zooms par différents moyens (cliquer sur ? pour découvrir les différentes options). L’évolution temporelle qui court de 13.25 milliards d’années dans le passé jusqu’au présent peut-être mise en pause et relancée, ou être contrôlée par un curseur. Un mode VR « réalité virtuelle » permet d’explorer le modèle en relief et en immersion au moyen d’un équipement adapté.

"Action Dynamics of the Local Supercluster" by Edward J. Shaya, R. Brent Tully, Yehuda Hoffman, and Daniel Pomarède, Astrophysical Journal 850 (2017) 207 doi.org/10.3847/1538-4357/aa9525

Contact: Daniel Pomarède