LA TOILE COSMIQUE DANS LES 63 PREMIERS DEGRÉS CARRÉS DU RELEVÉ EUCLID : PREMIERS INDICES DE SON IMPACT SUR LES GALAXIES DANS LES FILAMENTS ET LES AMAS
Le 19 mars 2025, avec la livraison de données Q1, les 63 premiers degrés carrés de la mission Euclid sont rendus publics. 34 prépublications décrivent comment ces données ont été traitées et présentent les premiers résultats scientifiques de la mission Euclid. L'IAP dirige à la fois l'équipe à l'origine du pipeline de traitement automatique des données pour la caméra VIS d'Euclid et deux articles scientifiques qui offrent un aperçu passionnant de la science révolutionnaire qu'Euclid permettra de réaliser. Ces articles apportent de nouvelles preuves de la façon dont les galaxies se développent à l'intérieur des structures filamentaires de la « toile cosmique ».
La matière noire constitue l'échafaudage sur lequel sont construites les plus grandes structures de l'Univers ; l'énergie noire est responsable de l'expansion accélérée de l'Univers. Le but ultime d'Euclid est de sonder la nature de ces deux mystérieux constituants de l'Univers. Pour ce faire, Euclid arpente l'ensemble du ciel extragalactique à l'aide de deux instruments, VIS et NISP. Les données de ces instruments fournissent les positions et les formes de milliards de galaxies. À partir de ces formes, Euclid mesure les minuscules distorsions induites par la matière noire le long de la ligne de visée ; à partir des positions, la distribution des galaxies sur les plus grandes échelles. Ces deux effets, combinés, constituent un test sensible des caractéristiques de la matière noire et de l'énergie noire.
Depuis son lancement en 2023, Euclid a déjà parcouru plusieurs milliers de degrés carrés. Les premières mesures cosmologiques nécessiteront d'autres tests rigoureux. La première publication de données complètes pour la cosmologie est prévue pour juillet 2026. Mais d'ores et déjà, grâce à l'excellente qualité des données Euclid combinée à un pipeline automatique qui produit des données entièrement traitées, de nombreuses questions scientifiques non résolues depuis longtemps peuvent être abordées même avec une petite quantité de données VIS et NISP Euclid. Dirigée par l'IAP depuis plus de dix ans, une équipe de scientifiques et d'ingénieurs a mis au point un système de traitement des données qui prend les données brutes de la caméra VIS et produit des images entièrement calibrées prêtes pour la science. Cette première publication est conçue pour donner un aperçu du type de questions scientifiques, au-delà de la cosmologie, qu'Euclid peut aborder, tout en mettant ces données entièrement traitées à la disposition de la communauté scientifique afin qu'elle puisse commencer ses propres recherches.
La « toile cosmique » est l'immense structure filamentaire de matière noire et de galaxies qui remplit l'univers dans notre modèle standard de cosmologie. Les galaxies se forment (pour la plupart) dans cette toile cosmique au centre de halos massifs de matière noire. Comme le montrent les superbes données d'Euclid Q1 sur un volume sans précédent à cette haute résolution, les galaxies sont très diverses en termes de taille, de couleur et de forme. Les causes de cette diversité font encore l'objet d'un débat de longue date. Les astrophysiciens tentent notamment de comprendre le rôle de l'environnement de la toile cosmique dans l'évolution des galaxies. Tout comme en psychologie les interactions sociales influencent la personnalité, les théoriciens s'attendent à ce que l'environnement des galaxies façonne leur morphologie ! Mais cette analyse a toujours été difficile à réaliser en pratique, surtout lorsqu'il s'agit d'observer des galaxies à grande distance, car elle nécessite à la fois d'extraire la structure de la toile cosmique sur un grand volume de l'univers et de mesurer finement la morphologie des galaxies.
Figure 1 : Une centaine de réalisations probables du tracé des filaments cosmiques en projection dans une partie du champ EDF-F sont superposées à l'image Euclid. Les panneaux de gauche et du bas illustrent deux des mesures réalisées dans le cadre des publications Q1.
Crédit : Image d'arrière-plan: ESASky (source : https://sky.esa.int/esasky) ; filaments cosmiques : Clotilde Laigle, IAP/ Sébastien Derriere, CDS, observatoire astronomique de Strasbourg.
Les images VIS d'Euclid constituent un instrument idéal pour faire un pas en avant. Grâce au grand champ de l'instrument VIS, il est possible de prendre des images de centaines de milliers de galaxies à la fois. Et grâce à l'excellente résolution de VIS, nous pouvons mesurer avec précision la forme de chaque galaxie. Deux prépublications publiées dans le cadre du communiqué Q1, sous la direction de scientifiques de l'IAP, Clotilde Laigle et Céline Gouin, utilisent ces données uniques pour étudier la formation des galaxies à l'intérieur de la toile cosmique.
Si l'environnement de la toile cosmique est important pour le destin des galaxies, nous devrions observer des variations de leur forme en fonction de leur position dans la toile cosmique. C'est précisément ce que Laigle et al. détectent : après avoir cartographié la structure filamentaire de la toile cosmique, ils constatent que les galaxies elliptiques sont plus proches de la colonne vertébrale du filament que les galaxies à disque. En outre, ils constatent que la forme de ces galaxies elliptiques a tendance à s'aligner sur les filaments, un signal que nous attendons de la théorie si ces galaxies ont fusionné en s'écoulant le long des mêmes filaments. Ce résultat démontre qu'Euclid a un grand potentiel pour apporter une contribution majeure à la construction d'un modèle cohérent de la formation des galaxies dans le réseau cosmique.
Figure 2 : La relation masse-connectivité mesurée dans les données d'Euclid Q1 (en noir) comparée aux simulations d'IllustrisTNG en rouge et d'HorizonAGN en orange, et aux observations de CFHTLS en bleu et de COSMOS en vert.
Crédit : Euclid Collaboration, C. Gouin et al. (2025);
Le second article, dirigé par Céline Gouin, adopte une approche différente. Il utilise les catalogues existants d'objets massifs - les amas de galaxies - pour étudier la manière dont ils sont connectés aux filaments. En utilisant la connectivité des amas, c'est-à-dire le nombre de filaments connectés aux amas, Gouin et al. explore l'influence de l'environnement de la toile cosmique à grande échelle sur les propriétés des amas. La figure 2 montre comment la « connectivité » de ces objets dépend de leur masse. On constate que plus un objet est massif, plus il est connecté à la toile cosmique. Cela implique que les objets les plus massifs se forment à l'intersection de nombreux filaments de la toile cosmique. Plus intriguant encore, nous découvrons que les amas principalement constitués de galaxies elliptiques sont plus fortement connectés aux filaments que ceux dominés par des galaxies à disque. Ces résultats suggèrent que la toile cosmique n'est pas seulement connectée aux amas, mais qu'elle joue un rôle crucial dans leurs propriétés. Avec les prochaines observations d'Euclid, qui augmenteront considérablement le nombre d'amas étudiés et fourniront une carte plus précise de la toile cosmique, nous sommes impatients de voir où ces recherches nous mèneront pour faire progresser notre compréhension de l'environnement cosmique qui détermine la formation et l'évolution des amas !
Le plus remarquable est que ces mesures ont été effectuées sur moins de 1 % de la surface totale d'Euclid. Elles démontrent clairement que la toile cosmique joue un rôle clé dans la formation et l'évolution des galaxies dans l'Univers lointain, élargissant ainsi les analyses précédentes effectuées dans l'Univers proche ou sur de petits volumes. Elles donnent un aperçu passionnant de la façon dont les images haute résolution d'Euclid transformeront notre compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies à travers le temps cosmique.
Liens
Le communiqué de presse d'Euclid France : Nouveaux résultats scientifiques et nouvelles données du télescope spatial Euclid
Le communiqué de presse du CNRS-INSU : “Quick-release 1” : le télescope spatial Euclid dévoile sa première moisson d’images de l’Univers.
Le communiqué de presse de l'ESA : Euclid révèle un trésor de données, offre un aperçu des champs profonds
Accès aux données Q1 (en anglais) : Euclid Q1 Data Access
Prépublications
The role of cosmic connectivity in shaping galaxy clusters : Euclid collaboration: Gouin et al.
Galaxy shapes and alignments in the cosmic web : Euclid collaboration: Laigle et al.
VIS processing and data products : Euclid collaboration: McCracken et al.
Rédaction et contacts
- Céline Gouin
Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université
celine [point] gouin [à] iap [point] fr - Clotilde Laigle
Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université
clotilde [point] laigle [à] iap [point] fr - Henry Joy McCracken
Institut d’astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université
hjmcc [à] iap [point] fr
Mise en page : Jean Mouette
Mars 2025