L’homogénéité et l’isotropie de l’Univers, combinées dans le cadre du principe cosmologique, sont un élément clé du modèle cosmologique standard. Ce principe stipule que, peu importe la direction dans laquelle l’Univers est observé, sur les grandes distances, il présente toujours la même structure. En d’autres mots, l’Univers n’a pas de structure définie ou directionnelle. Cependant, des observations récentes effectuées sur un large échantillon de plus de 200’000 galaxies spirales ont montré que la direction de rotation de ces galaxies suggérait qu’en réalité l’Univers pourrait bien être structuré de manière singulière, échappant ainsi au principe cosmologique.
Une analyse de plus de 200’000 galaxies spirales a révélé des liens inattendus entre les directions de rotation des galaxies, et la structure formée par ces liens pourrait suggérer que l’Univers primitif aurait pu tourner, selon l’étude de la Kansas State University. Lior Shamir, astronome et informaticien, a présenté les résultats lors de la 236e réunion de l’American Astronomical Society. Les résultats sont importants parce que les observations contredisent certaines hypothèses précédentes sur la structure à grande échelle de l’Univers.
Depuis l’époque d’Edwin Hubble, les astronomes pensent que l’Univers s’étend sans direction particulière et que les galaxies qui s’y trouvent sont distribuées sans structure cosmologique définie. Mais les récentes observations de Shamir sur les modèles géométriques de plus de 200’000 galaxies spirales suggèrent que l’Univers pourrait avoir une structure définie et que l’Univers primitif aurait pu tourner. Les modèles de distribution de ces galaxies suggèrent que les galaxies spirales dans différentes parties de l’Univers sont liées par les directions dans lesquelles elles tournent.
Une répartition non homogène des sens de rotation galactiques
Une galaxie spirale est un objet astronomique unique, car son apparence visuelle dépend de la perspective de l’observateur. Par exemple, une galaxie spirale qui tourne dans le sens horaire lorsqu’elle est observée depuis la Terre, semble tourner dans le sens antihoraire lorsque l’observateur est situé du côté opposé de cette galaxie. Si l’Univers est isotrope et n’a pas de structure particulière — comme les astronomes l’avaient initialement prédit —, le nombre de galaxies qui tournent dans le sens horaire serait alors à peu près égal au nombre de galaxies qui tournent dans le sens antihoraire. Shamir a utilisé des données de télescopes modernes pour montrer que ce n’était pas le cas.
Les télescopes modernes tels que le Sloan Digital Sky Survey, ou SDSS, et le Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, ou Pan-STARRS, sont capables d’imager plusieurs millions de galaxies automatiquement pendant qu’ils arpentent le ciel. Cette vision artificielle peut alors trier des millions de galaxies par leur direction de rotation bien plus rapidement que n’importe quelle personne ou groupe de personnes.
Lorsque l’on compare le nombre de galaxies avec différentes directions de rotation, le nombre de galaxies qui tournent dans le sens horaire n’est pas égal au nombre de galaxies qui tournent dans le sens antihoraire. La différence est faible, un peu plus de 2%, mais avec le nombre élevé de galaxies, il y a une probabilité de moins de 1 à 4 milliards d’avoir une telle asymétrie par hasard, selon les recherches de Shamir.
Une asymétrie variable suivant une tendance multipolaire
Les modèles s’étalent sur plus de 4 milliards d’années-lumière, mais l’asymétrie dans cette plage n’est pas uniforme. L’étude a révélé que l’asymétrie augmente lorsque les galaxies sont plus éloignées de la Terre, ce qui montre que l’Univers primitif était plus cohérent et moins chaotique que l’Univers actuel. Mais les modèles ne montrent pas seulement que l’Univers n’est pas symétrique, mais aussi que l’asymétrie change dans différentes parties de l’Univers, et les différences présentent un modèle unique de multipôles.
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« Si l’univers a un axe, ce n’est pas un simple axe unique comme un manège. C’est un alignement complexe de plusieurs axes qui ont également une certaine dérive ». Le concept de multipôles cosmologiques n’est pas nouveau. Des observatoires spatiaux — comme le Cosmic Background Explorer, ou COBE, ; la sonde Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, ou WMAP; et l’observatoire de Planck— ont montré que le fond diffus cosmologique présente également plusieurs pôles.
Mais la mesure du FDC est sensible à la contamination de premier plan — telle que l’obstruction de la Voie lactée — et ne peut pas montrer comment ces pôles ont changé au fil du temps. L’asymétrie entre les directions de rotation des galaxies spirales est une mesure qui n’est pas sensible à l’obstruction. Ce qui peut gêner les galaxies tournant dans une direction dans un certain champ entravera nécessairement les galaxies tournant dans le sens opposé.
« Il n’y a aucune erreur ou contamination qui pourrait se manifester à travers des modèles aussi uniques, complexes et cohérents. Nous avons deux relevés du ciel différents montrant les mêmes motifs, même lorsque les galaxies sont complètement différentes. Il n’y a aucune erreur qui puisse y conduire », conclut Shamir.
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