La plus grande structure de l’univers, la grande murale Hercules-Corona Borealis, était déjà un défi à expliquer avec les modèles de l’univers en raison de sa taille incroyablement vaste – et maintenant, en utilisant les explosions d’énergie les plus puissantes de l’univers, les rafales gamma (GRB), les astronomes ont découvert que cette structure est encore plus grande que ce qu’ils ont réalisé. De plus, l’équipe a même constaté que certaines parties du grand mur Hercules-Corona Borealis sont en fait plus proches de la Terre que celle précédemment.
La Grande mur Hercules-Corona Borealis est un soi-disant « supercluster » de galaxies; C’est un filament de la toile cosmique autour duquel les premières galaxies de l’univers se sont rassemblées et ont grandi. Son nom a été inventé par Johndric Valdez, un adolescent philippin qui aspire à être astronome. Ce nom n’est cependant pas très littéral. En effet, le grand mur en forme de rond s’étend non seulement sur les constellations Hercules et Corona Borealis, mais aussi la région de la sphère céleste des Constellations Boötes aux Gémeaux.
Le grand mur Hercules-Corona Borealis a été découvert pour la première fois en 2014 par une équipe dirigée par István Horváth, Jon Hakkila et Zsolt Bagoly, qui a également dirigé l’équipe qui a maintenant déterminé la taille de cette structure avec plus de précision que jamais. En particulier, l’équipe a constaté qu’elle s’étend sur une plage radiale plus grande que celle précédemment calculée. Avant cette recherche, les scientifiques ne reconnaissaient pas que certaines rafales de rayons gamma à proximité font également partie de cette structure massive.
La découverte est extraordinaire parce que la grande paroi Hercules-Corona Borealis était déjà connue pour couvrir une zone de 10 milliards d’années-lumière de 7,2 milliards d’années-lumière et de près de 1 milliard d’années-lumière des années-lumière! Pour le contexte, qui est suffisamment grand pour s’adapter à plus de 94 000 galaxies de voies lactées placées côte à côte le long du côté le plus long de la grande paroi, qui s’étend pour environ 10% de la largeur totale de l’univers observable entier.
« Étant donné que l’étendue la plus éloignée du Hercules-Corona Borealis, la Grande Muraille, est difficile à vérifier, la constatation la plus intéressante est que les parties les plus proches se trouvent plus près de nous que ce qui avait été identifié auparavant », a déclaré Jon Hakkila de l’Université de l’Alabama à Huntsville à Space.com.
La Voie lactée, notre Galaxy domestique, fait partie d’un supercluster différent appelé Laniakea, qui, à 500 millions d’années-lumière de large, est éclipsé par la grande paroi Hercules – Corona Borealis. En fait, l’équipe dit que la véritable étendue de cette dernière structure est actuellement indéterminée.
« Notre échantillon de rafale de rayons gamma n’est pas assez grand pour placer de meilleures limites supérieures sur la taille maximale de la grande paroi Hercules-Corona Borealis que nous ne l’avons déjà fait », a déclaré Hakkila. « Mais il s’étend probablement plus loin que les 10 milliards d’années-lumière que nous avions précédemment identifiés. Il est plus grand que la taille de la plupart desquels il pourrait être comparé. »
Comment les rafales de rayons gamma peuvent être utilisées
Les GRB ont été essentiels à la découverte de la grande paroi Hercules-Corona Borealis en 2014, et en fait à une enquête récente et plus approfondie de cette vaste structure cosmique. Considéré les explosions les plus lumineuses et les plus énergiques de l’univers, deux types différents de GRB proviennent de deux mécanismes de formation de trous noirs de masse stellaire, a expliqué Hakkila.
Les GRB de longue durée, qui sont des explosions de rayons gamma à haute énergie qui durent plus de deux secondes, proviennent de l’effondrement central d’étoiles massives qui conduisent à une explosion de supernova. On pense que les GRB de courte durée proviennent de la collision et de la fusion de deux restes stellaires ultradiques appelés étoiles à neutrons dans des systèmes à double étoile.
« Dans les deux cas, les énormes énergies produites à partir de l’effondrement du système étoilé sont éjectées sous la forme de jets de particules relativistes. Loin de la buse d’un jet, les particules réagissent pour produire des rayons gamma et des rayons X », a déclaré Hakkila. « Les rafales de rayons gamma peuvent être vues à des distances incroyablement grandes car elles sont tellement lumineuses. »
« L’énorme luminosité des éclats de rayons gamma leur permet d’être des marqueurs où la matière peut être trouvée dans l’univers », a déclaré Hakkila.
Le grand mur est-il «trop grand» pour la cosmologie?
Une partie de la raison pour laquelle les structures comme la grande paroi Hercules – Corona Borealis sont si perplexes envers les scientifiques ont à voir avec le principe cosmologique, sur lequel la plupart des modèles du cosmos sont fondés.
Le principe cosmologique suggère que l’univers est homogène et isotrope à grande échelle, ce qui signifie qu’il devrait se ressembler dans toutes les directions. Le traçage de l’emplacement de la matière avec GRBS, cependant, montre que ce n’est pas le cas.
« Il est surprenant que le clustering Gamma-Ray éclate est tellement plus prononcé dans le ciel galactique du nord que dans le ciel galactique du sud », a expliqué Hakkila.
Dans leur nouvel article, Hakkila et ses collègues affirment que, selon le principe cosmologique, toute structure cosmique supérieure à 1,2 milliard d’années-lumière de la durée n’aurait pas dû avoir suffisamment de temps dans l’univers de 13,8 milliards de dollars pour se former si la propagation de la matière est homogène et isotrope.
Ainsi, en tant que vaste structure de 10 milliards d’années-lumière des galaxies située à environ 10 milliards d’années-lumière (comme indiqué par des GRB denses qui se regroupent vers la région nord-ouest de la sphère céleste sur la Terre_ le Hercules – Corona Boreal Breat Wall remet définitivement le principe cosmologique.
« Certains modèles cosmologiques théoriques peuvent expliquer les structures aussi importantes, tandis que d’autres ne peuvent pas », a ajouté Hakkila. « Le jury est toujours sur ce que cela signifie. »
L’équipe a atteint son nouvel indice sur la taille de la grande paroi Hercules – Corona Borealis en utilisant une base de données de 542 GRBS résultant d’observations collectées jusqu’en 2018, principalement par le télescope spatial de rayons gamma Fermi de la NASA et l’observatoire de Neil Gehrels Swift.
Les salves de rayons gamma sont des outils de mesure utiles en cosmologie – avec quelques mises en garde. Le principal est qu’il faut l’observation d’un nombre extrêmement important de GRB pour tirer des conclusions significatives sur leur distribution.
De plus, si les scientifiques veulent tirer des conclusions précises sur la structure de l’univers, une mauvaise identification des positions d’origine GRB dans l’espace doit être éliminée. Ainsi, cela peut prendre beaucoup de temps avant que les scientifiques puissent utiliser les GRB pour rassembler une meilleure image de la grande paroi Hercules – Corona Borealis.
« Il a fallu des années d’observation pour collecter un échantillon aussi important, en utilisant les données principalement de Fermi et Swift, qui ont contribué à construire cet ensemble de données sans précédent », a déclaré Hakkila. « L’assemblage d’un échantillon de cette taille a pris plus de 20 ans d’observations, et nous ne prévoyons pas d’ajouts importants dans un avenir proche. »
À l’avenir, l’équipe a l’intention de continuer à analyser les propriétés des GRB dans l’échantillon utilisé pour cette recherche.
« Nous devons probablement l’étudier plus attentivement et plus en détail que ce qui a été fait auparavant », a expliqué Hakkila. « Pour l’avenir, de nouvelles missions seront essentielles pour surmonter les limites actuelles. Nous contribuons activement au développement de Thésée, une proposition de mission ESA conçue pour révolutionner les études GRB. »
Avec sa sensibilité inégalée et sa couverture du ciel, Hakkila a déclaré que Thésée, ou les « sources d’énergie élevées transitoires et le premier arpenteur d’univers », devrait augmenter considérablement le nombre de GRB connues, en particulier à de grandes distances cosmiques ou à des décalages vers le rouge élevés.
« Cela pourrait enfin fournir l’effet de levier d’observation nécessaire pour cartographier la grande paroi Hercules – Corona Borealis dans toute sa mesure, offrant une percée dans la compréhension de la formation de structure à grande échelle et du Web cosmique », a déclaré Hakkila.
Une version pré-évaluée de la recherche de l’équipe apparaît sur le site du référentiel papier Arxiv.
Publié à l’origine sur Space.com.
