Quelle est la plus grande structure connue dans l’Univers ?

L’univers observable contient une grande variété de corps différents, des astéroïdes aux galaxies, en passant par les planètes et les étoiles. La plupart de ces corps forment des agencements gravitationnels, des configurations dans lesquelles ces corps sont liés les uns aux autres. Bien que les galaxies soient considérées comme les objets les plus grands de l’univers, celles-ci peuvent former des structures dont la taille défie l’imagination.

Les structures galactiques : des groupes aux filaments

Les galaxies peuvent tout d’abord s’agencer en groupes de galaxies, c’est-à-dire des structures composées de moins d’une centaine de galaxies. Passé le seuil de 100 galaxies, la structure formée devient un amas de galaxies. Si plusieurs amas sont liés entre eux, on parle alors de superamas.

C’est le cas par exemple de notre galaxie, la Voie Lactée, qui appartient au Groupe Local, lui-même appartenant à l’amas de la Vierge situé dans le superamas de la Vierge. Ce dernier contient environ 10’000 galaxies pour un diamètre de 200 millions d’années-lumière et une masse de 2×10⁴⁶ kg (soit 10¹⁵ masses solaires). Le superamas de la Vierge est à son tour contenu dans le superamas Laniakea possédant un diamètre de 500 millions d’années-lumière.

Mais l’univers ne s’est pas arrêté ici. Des superamas peuvent se lier gravitationnellement les uns aux autres pour former les plus grandes structures connues dans l’univers : les filaments galactiques. Ces agencements immenses de superamas galactiques sont bordés par des vides cosmiques, c’est-à- dire des zones de l’espace contenant très peu voire pas du tout de galaxies.

Dans le Modèle Standard de la cosmologie, les filaments galactiques se forment le long du réseau de matière sombre. Les premiers filaments furent découverts en 1987 sous forme de « murs galactiques ». En effet, les filaments galactiques peuvent adopter des configurations variées dont les murs galactiques et les « feuilles galactiques ».

La plus grande structure connue de l’univers : le Grand Mur d’Hercules-Couronne Boréale

À la fin de l’année 2013, une équipe d’astrophysiciens menée par I. Horvath, J. Hakkila et Zs. Bagoly analyse les données issues des télescopes SWIFT et GLAST concernant la détection de 283 sursauts gamma. Ils divisent et répartissent ces 283 sursauts gamma en 9 groupes de 31 sursauts gamma chacun. En étudiant les zones d’apparition de ces sursauts, les astronomes découvrent que, dans le quatrième groupe, 19 sursauts sur les 31 ont eu lieu dans une zone couvrant les deuxième, troisième et quatrième cadrants galactiques ; ces trois cadrants s’étendent sur 125° dans le ciel.

Les sursauts gamma proviennent de l’explosion d’étoiles très massives. Or, ces étoiles ne peuvent se former que dans des zones de l’univers riches en matière. La survenue d’un sursaut gamma est donc un événement globalement rare.

Une telle fréquence concentrée dans une zone aussi délimitée apparaît alors très peu probable aux chercheurs, à moins qu’il s’agisse d’un immense filament galactique : le Grand Mur à Sursauts Gamma ou le Grand Mur d’Hercules-Couronne Boréale (GMHCB). D’après les données recueillies par l’équipe, ce filament s’étendrait sur plus de 15 milliards d’années-lumière (soit plus de 20 constellations) avec une largeur de 7.2 milliards d’années-lumière et une masse de 2×10¹⁹ masses solaires. Cela représente environ 11% du diamètre de l’univers observable. Cependant, il est extrêmement difficile de donner les dimensions exactes d’une telle structure à cause des biais d’observation imposés par la taille du filament dans le ciel.

Des dimensions contredisant le principe cosmologique

Avec ces dimensions, le Grand Mur d’Hercules-Couronne Boréale est actuellement la plus grande structure connue dans l’univers observable. Il est d’ailleurs tellement grand que son existence viole le principe cosmologique établissant l’homogénéité et l’isotropie de l’univers. Pour être valide, ce principe impose une limite théorique à la longueur que peuvent posséder les structures de l’univers ; cette limite se situant entre 4×10⁸ et 6×10⁸ années-lumière.

Or, avec ses ~15 milliards d’années-lumière, le Grand Mur d’Hercule-Couronne Boréale se situe bien au-delà de cette limite. À ce sujet, le professeur J. Akkila affirme que « le GMHCB est bien plus grand que la limite théorique supérieure qu’une structure peut posséder. Un tel objet ne devrait pas exister, et pourtant il existe ».

Tant est si bien qu’aujourd’hui le mécanisme de formation d’une telle structure demeure inconnu. Bien que le Modèle Standard de la cosmologie n’interdise pas l’existence de ces structures, une inconnue demeure sur leur origine. Plusieurs hypothèses ont été avancées ces dernières années pour expliquer leur formation. L’une d’entre elles fait intervenir de très intenses fluctuations de densité lors du Big Bang, qui auraient entraîné d’importantes agrégations de matières couplées à l’action gravitationnelle primordiale de la matière sombre.