La toile cosmique ressemble à un immense réseau tridimensionnel : les galaxies et les amas sont reliés par des filaments de matière noire. Ces filaments sont comme des ponts invisibles le long desquels la matière s'écoule vers les grands nœuds. Les scientifiques ont longtemps cherché à comprendre comment la densité varie dans ces filaments, mais les résultats étaient contradictoires.
Dans cette nouvelle étude, les auteurs ont utilisé les données de la simulation TNG50, qui retrace l'évolution de l'Univers, et ont identifié les filaments grâce à l'algorithme DisPerSE. Il s'est avéré que les centres de filaments définis directement ne coïncident pas avec les pics réels de densité. Les chercheurs ont alors appliqué la méthode du « cylindre qui se resserre » : ils ont déplacé itérativement l'axe du cylindre vers le maximum de densité jusqu'à trouver la véritable crête du filament. Cela a permis de reconstituer la loi de puissance interne du profil de densité.
Ensuite, les auteurs ont séparé les particules de matière noire en une composante « lisse » et des particules liées dans de petits halos. Il s'est avéré que le pic central de densité dans les filaments est créé précisément par ces petits halos, tandis que la composante lisse présente un noyau plat dans les 0.1 rayon viriel. Cela signifie qu'au centre des filaments, ce sont les amas qui dominent, et non une distribution homogène.
L'étude montre également qu'avec le temps, la composante lisse devient moins prononcée : dans l'Univers primordial, l'accrétion de matière le long des filaments était plus régulière, tandis qu'à l'époque actuelle, de plus en plus de matière tombe sous forme de grumeaux. Cette transition d'un écoulement lisse à un écoulement grumeleux reflète l'évolution générale de la structure de l'Univers.
En fin de compte, les auteurs ont proposé un modèle généralisé avec trois lois de puissance qui décrit bien le profil de densité universel des filaments. Cette découverte souligne que la toile cosmique, tout comme les halos de matière noire, obéit au principe d'auto-similarité — il suffit de trouver la bonne échelle.
Si vous pouviez voir les filaments de la toile cosmique, ils ressembleraient à un réseau de neurones lumineux s'étendant sur des milliards d'années-lumière, mais constitué principalement de matière noire invisible.