Les couleurs des galaxies dessinent la toile de l'Univers express
Si vous versez une poignée de perles colorées sur le sol, elles se répartiront différemment : certaines formeront des tas, d'autres rouleront dans les coins. C'est à peu près ainsi que les galaxies de différentes couleurs – bleues, vertes et rouges – sont dispersées dans l'Univers. Les scientifiques ont décidé de mesurer à quel point elles sont « grumeleuses » à l'aide d'un nombre appelé dimension fractale. Celui-ci indique à quel point les objets remplissent densément l'espace : une feuille lisse a une dimension de 2, une feuille froissée un peu moins, des points éparpillés encore moins.
Les astronomes ont utilisé un catalogue de 618 952 galaxies observées jusqu'à un décalage vers le rouge de z=4 (c'est-à-dire que nous les voyons telles qu'elles étaient lorsque l'Univers avait moins d'un milliard et demi d'années). Pour chaque galaxie, la couleur est connue : les bleues sont jeunes, avec une formation d'étoiles active ; les rouges sont vieilles, où de nouvelles étoiles ne naissent presque plus ; les vertes sont intermédiaires. Il s'avère que pour les galaxies proches de nous (z<1), la dimension fractale des bleues est la plus élevée (jusqu'à 2,03), celle des rouges est plus faible, et celle des vertes est la plus petite (1,40). Autrement dit, les galaxies bleues sont réparties plus uniformément, comme de la farine répandue sur une table, tandis que les vertes sont plus regroupées, comme les raisins secs dans un cake.
Mais le plus intéressant se produit à grande distance. Pour les galaxies avec un décalage vers le rouge entre 1 et 4, le tableau change : la dimension des galaxies bleues reste la plus élevée, mais celle des vertes devient supérieure à celle des rouges. De plus, toutes les valeurs chutent brusquement – jusqu'à 0,03–0,44. Cela signifie que dans l'Univers jeune, toutes les galaxies, quelle que soit leur couleur, étaient réparties de manière beaucoup plus « grumeleuse » qu'aujourd'hui. La toile cosmique – ce réseau de matière noire et de gaz – était alors plus dense et attirait plus fortement les galaxies vers les nœuds et les filaments.
Il en résulte que la couleur d'une galaxie sert de marqueur de sa place dans la toile cosmique. Les galaxies bleues se rencontrent plus souvent dans les régions moins denses, les rouges dans les amas denses, et les vertes en périphérie. Avec le temps, ce tableau évolue : les galaxies vieillissent, rougissent et migrent vers des régions plus denses. La dimension fractale s'avère être un outil sensible qui permet de voir cette évolution à partir des seules couleurs et coordonnées des galaxies.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.05309
The fractal dimension $$D$$ is used to map the large-scale galaxy distribution in the Universe by color types: blue, green and red. Using a $$NUVrK$$-complete COSMOS2020 subsample of 618,952 galaxies observed up to $$z=4$$, number densities were derived and plotted against two cosmological distance measures, the luminosity and comoving (galaxy area) distances, in order to estimate $$D$$ for each galaxy color type in two redshift intervals: $$z\gtrless1$$. We found a general gradient $$D_{\mathrm{blue}}> D_{\mathrm{red}}>D_{\mathrm{green}}$$ with $$D=1.40-2.03$$ for $$z<1$$. For $$1
La dimension fractale de la distribution des galaxies dans l'Univers proche est proche de 2, mais n'atteint jamais 2 – cela signifie que les galaxies ne remplissent jamais l'espace uniformément, il reste toujours des amas et des vides.