mercredi 19 novembre 2014

Observation d’un alignement étrange des quasars à très grande échelle

C’est une observation assez incroyable. Un alignement des axes de rotation de dizaines de quasars, s’étendant sur plusieurs milliards d’années-lumière, a pu être observé grâce au télescope VLT de l’ESO. Ces quasars, trous noirs supermassifs rayonnants fortement par leur disque d’accrétion de matière, apparaissent alignés sur la structure à grande échelle de l’Univers jeune, leur axe de rotation étant systématiquement aligné sur la direction du filament cosmique de matière qui les contient, et ce sur plusieurs milliards d’années-lumière…



Vue d'artiste de l'alignement de l'axe de rotation des quasars (ESO/M. Kornmesser)
C’est une équipe d’astrophysiciens belges qui publie cette observation étonnante dans la revue Astronomy & Astrophysics de décembre.  Damien Hutsemékers et ses collègues de l’Université de Liège ont exploité le spectrographe  FORS (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph) du Very Large Telescope pour étudier un échantillon de 93 quasars connus auparavant pour former des groupes s’étalant sur plusieurs milliards d’années-lumière, à une distance de plus de 9 milliards d’années-lumière d’ici.
La première chose intriguante que les chercheurs belges ont relevé est l’alignement des axes de rotation de plusieurs quasars entre eux, alors qu’ils étaient séparés de plusieurs milliards d’A.L. Et puis ils ont ensuite regardé si ces alignements étaient liés aux structures de matière à grande échelle (la distribution des galaxies). Il faut ici rappeler que la structure à grande échelle de l’Univers montre une répartition des galaxies et amas de galaxie qui forme de vastes filaments formant comme des surfaces de très grandes bulles « vides », en tout cas beaucoup moins denses en galaxies.
La réponse fut sans appel : les quasars observés sont répartis sur les filaments de matière formant cette vaste toile cosmique, et oui, leur axe de rotation est bel et bien aligné sur l’ « axe » du filament dans lequel ils se trouvent, systématiquement et sur des échelles de distance considérables….
Simulation des grandes structures cosmiques
(côté de 300 millions d'années-lumière)
(ESO/Collaboration Illustris)
Les astrophysiciens ont calculé la probabilité que de tels alignements des axes de rotation des trous noirs supermassifs soient une pure coïncidence, elle n’est que de 1% ! Un tel comportement d’alignement d’axe de rotation avait déjà été entrevu sur des galaxies en 2013 à plus petite échelle, mais il n’avait encore jamais observé sur des quasars, et surtout jamais sur de telles distances de plusieurs milliards d’A.L. 
C’est donc un tour de force d’avoir réussi cette observation indirecte. Pour évaluer la direction de l’axe de rotation d’objets aussi démesurément lointains, la méthode utilisée repose sur l’observation de la polarisation de la lumière. La direction de la polarisation, associée à d’autres informations comme la largeur de certaines raies d’émission dans le spectre, permet de déterminer l’angle de vue du disque d’accrétion de matière du trou noir source du quasar. Et le disque d’accrétion est toujours perpendiculaire à l’axe de rotation, ce qui permet d’en déduire la direction de cet axe de rotation…
Il est tentant de rapprocher les indices d’alignement d’axe de rotation de galaxies proches observés à plus petite échelle avec ces nouvelles observations, en imaginant un mécanisme commun à son origine, mais les auteurs mettent en garde sur le fait que la rotation de toute une galaxie peut être très différente de la rotation du trou noir supermassif qui se trouve dans son centre…
Ces nouveaux résultats semblent par ailleurs expliquer des mesures de polarisation assez similaires que la même équipe avait obtenue il y a 15 ans, et qui avait été interprétées à l’époque par un effet de polarisation de la lumière par le milieu interstellaire, des effets parasites qui ont pu être rejetés dans ces nouvelles observations.

D’où proviennent de tels alignements ? Pour tenter de répondre à cette question, je ne résiste pas à recopier la dernière phrase de l’article de l’équipe de D. Hutsemékers, qui vaut une bien belle conclusion : « The existence of correlations in quasar axes over such extreme scales would constitute a serious anomaly for the cosmological principle. » (L’existence de corrélations entre les axes de rotation des quasars sur des échelles aussi extrêmes constituerait une sérieuse anomalie pour le principe cosmologique).

Référence :
Alignment of quasar polarizations with large-scale structures
D. Hutsemékers et al.
A&A 572, A18 (2014)


7 commentaires :

Anonyme a dit…

génial quand même ....

Dr Eric SIMON a dit…

je suis d'accord ! ;-)

Pascal a dit…

bonjour,
ce qui me parait surprenant dans cette observation, ce n'est pas l'alignement des axes des quasars (ou plus exactement de leur disque d'accrétion, je suppose?)avec les filaments cosmiques, car que le TN se forme par accrétion de gaz ou par fusions galactiques,il semble naturel de penser que les mouvements de matière se font grosso modo dans l'axe du filament ; c'est plutôt les échelles de corrélation, de l'ordre du GPc, alors que les plus grandes structures calculées (taille actuelle des BAO)et observées (catalogues, FDC, récent calcul de notre basin d'attraction gravitationnel local)sont de l'ordre de 100 MPc, donc 10 fois moins (par exemple illustré dans le résultat de la simulation que vous publiez); ce hiatus est encore aggravé, me semble-t-il, par l'age des quasars (vers z=1.5, soit R=Ro/2.5)

Pascal a dit…

En se référant au texte de l'article, c'est bien les axes de rotation qui sont parallèles aux filaments, et non les disques...Pas très intuitif, non ?

Dr Eric SIMON a dit…

c'est bien les axes de rotation, oui, ce que je précise... et qui est tout à fait surprenant.

Tete2 a dit…

Bonjour,

En quoi cette découverte met-elle à mal le principe cosmologique?

Dr Eric SIMON a dit…

Le principe cosmologique dit (pour le dire vite) que l'Univers est identique partout. Il ne devrait donc pas exister de direction particulière.