Representation des filaments cosmiques (vue d'artiste)
En cosmologie, un filament galactique est une structure en forme de fil composée de galaxies et/ou d'amas de galaxies. Les filaments galactiques sont parmi les plus grandes structures de l'Univers, d'une longueur typique comprise entre 50 et 80 Mpc (163 à 261 millions d'années-lumière). Ils forment les frontières des grands vides et sont l'un des éléments de la toile cosmique. Trois de ces filaments, découverts en 2006, sont alignés pour former la plus grande structure connue à ce jour.
Un filament galactique, ou filament interstellaire est l'analogue, au sein d'une galaxie, d'un filament intergalactique. La formation des étoiles se déroule au sein des filaments galactiques qui se composent de gaz, principalement d'hydrogène, et de poussières interstellaires, petites particules solides principalement constituées de carbone.
Histoire
Prédiction
L'existence des filaments a été prédite grâce au modèle d'effondrement gravitationnel d'anisotropies proposé par Iakov Zeldovitch (-) en ,.
Leur prédécouverte observationnelle est attribuée à Riccardo Giovanelli (-) et Martha P. Haynes en ,. Antérieurement, seule l'observation de vides avait été rapportée.
L'existence des filaments de galaxies a été confirmée par des relevés ultérieurs: le SDSS en ,; le 2dFGRS en ; le VVDS(en) en ; le 6dFGS(en) en ; le COSMOS en ,; le GAMA(en) en ,; le 2MASS en ; le VIPERS en ,; le SAMI en ; et le DESI en .
Définition
Pour autant, au début des années , la détection et la reconstruction des filaments restent difficiles et il n'existe pas d'unique définition normalisée des filaments. Parmi les multiples définitions alternatives des filaments, la plus commune est peut-être celle qui consiste à utiliser les valeurs propres d'une hessienne: elle permet de diviser les grandes structures en quatre classes —halos, murs, filaments et vides— en fonction du nombre de valeurs propres positives.
Carte des murs de galaxies situés à proximité de la Voie lactée
Image des murs de galaxies les plus proches de notre système solaire
Cette image montre des structures en forme de filament. L'image mesure près de 520 millions d'années-lumière de côté et son épaisseur est de 100 millions d'années-lumière. Les amas les plus proches de nous tels que ceux de la Chevelure de Bérénice, de la Vierge et de Persée sont identifiés dans l'image.
Notes et références
Notes
↑En anglais, filament of galaxies ou galaxy filament.
↑La matrice hessienne utilisée est celle du champ de densité. Elle s'écrit:
,
où:
est le champ de densité, lissé par l'utilisation d'un filtre de Gauss,
est la longueur du lissage,
est la densité moyenne,
et où le signe assure que les valeurs propres positives (resp. négatives) indiquent l'effondrement (resp. l'expansion) de la matière.
Le classement est déterminé par le nombre de valeurs propres qui dépassent un certain seuil . Ainsi, lorsque ce nombre est de 0, la structure est un vide; lorsqu'il est de 1, c'est un feuillet; lorsqu'il est de 2, c'est un filament; et, lorsqu'il est de 3, c'est un nœud,.
La méthode fait intervenir le tenseur des déformations, défini par la hessienne du potentiel gravitationnel:
.
Le champ de densité de matière est supposé connu et est lissé sur une grille cartésienne.
Les valeurs propres du tenseur des déformations sont normalisées comme suit.
L'équation de Poisson peut s'écrire:
, et sont les trois valeurs propres du tenseur des déformations, avec: .
Le potentiel gravitationnel et les valeurs propres du tenseur des déformations peuvent être rééchelonnées en les divisant par :
.
Les composantes du tenseur des contraintes étant homogènes à l'inverse du carré d'un temps, ses valeurs propres peuvent être associées à un temps d'effondrement.
Le modèle d'un effondrement gravitationnel d'une distribution à symétrie sphérique est utilisé pour obtenir une valeur de référence pour . Le temps de chute libre est relié à la densité locale par:
.
est estimé en exigeant que le temps de chute libre soit égal à l'âge de l'Univers. En substituant le temps de chute libre par l'âge de l'Univers, est donnée par:
↑(en) «Ultraviolet-Bright, High-Redshift ULIRGS», Relativistic Astrophysics Legacy and Cosmology – Einstein’s Proceedings of the MPE/USM/MPA/ESO Joint Astronomy Conference Held in Munich, Germany, 7-11 November 2005, Berlin et Heidelberg, Springer-Verlag, 2008, p.358.
[Durret et Sarron 2018] Florence Durret et Florian Sarron, «Détection de la toile cosmique», L'Astronomie, vol.132, no115, , zoom, p.18-25 (HALhal-04061101, lire en ligne[PDF]).
[Zavagno et al. 2023] (en) A. Zavagno, F.-X. Dupé, S. Bensaid, E. Schisano, G. Li Causi, M. Gray, S. Molinari, D. Elia, J.-C. Lambert, M. Brescia, D. Arzoumanian, D. Russeil, G. Riccio et S. Cavuoti, «Supervised machine learning on galactic filaments: revealing the filamentary structure of the galactic interstellar medium», A&A, vol.669, , article noA120 (OCLC9746275962, DOI10.1051/0004-6361/202244103, Bibcode2023A&A...669A.120Z, arXiv2212.00463, S2CID254125605, résumé, lire en ligne[PDF]):