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Ann. Phys. Fr.
Volume 10, Number 5, 1985
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Page(s) | 415 - 473 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/anphys:01985001005041500 | |
Published online | 01 June 2004 |
L'Univers à grande échelle Les grandes structures et leur formation
D.A.F., Observatoire de Meudon, Université Paris 7 et C.N.R.S., France
A few years ago, the elaboration of catalogues of galaxies based on decades of observations seemed to give the clue of the actual distribution of matter in the Universe. Moreover, the study of the growth by gravitational instability of initial inhomogeneities spread out on a globally homogeneous cosmological background gave some light on the formation of galaxies. However, technological developments allowing the obtention of large samples of recessional velocities of galaxies leading via the Hubble law to the 3rd dimension have modified the preceding vision. Galaxies seem now to cluster in large aggregates (clusters and superclusters) organized in an interconnected network with large voids, empty of bright galaxies. Besides, if galaxy formation occurs only in specially selected regions, this knowledge of the large scale structure of the Universe does not reflect the true distribution of matter ! One loophole comes probably from elementary particle physics. The effort to unify fundamental interactions appears to have profound cosmological implications. Perhaps, the matter of our world (baryons) is only a negligible part of the (dark) matter constituted of axions, or neutrinos, photinos... governing the dynamics of the whole Universe and these « cold » or « hot » « inos » thus play a main role in the formation of the observed structures. In this domain, things evolve very rapidly, and this paper tends to give a snapshot of the strange situation to which astrophysicians are now confronted. Stellar studies have precedingly shown the close link between stellar and atomic scales. If confirmed, the recent developments of Cosmology and Particle Physics seem to establish the ultimate connection between the Cosmos and the microworld.
Résumé
Il y a encore peu de temps, les Astronomes étaient persuadés que l'accumulation de plus en plus grande de données, en particulier l'élaboration de catalogues de galaxies, leur livrerait la clé de l'organisation de la matière dans l'Univers et par le biais de scénarios théoriques leur permettrait de remonter aux processus de formation de ces objets. D'une part, la mesure de la vitesse de récession d'un grand nombre de galaxies, fournissant par l'intermédiaire de la loi de Hubble l'accès à la 3e dimension, a modifié la vision de l'Univers issue de ces catalogues projetés et semble révéler que les galaxies se regroupent en un immense réseau (amas, superamas) constitué de filaments entourés de régions vides. D'autre part, le développement récent des théories des particules élémentaires, se proposant d'unifier les interactions fondamentales, a de profondes implications cosmologiques. La matière dont nous sommes constitués (baryons) n'est peut-être qu'une faible part de celle (matière noire constituée de particules élémentaires « exotiques » : neutrinos, gravitinos, photinos et autres « inos ») qui dominerait en fait la dynamique de l'Univers dans son ensemble. Enfin, si la formation des galaxies est un processus n'agissant efficacement que dans certaines régions particulières, la distribution observée, établie à la suite de nombreux efforts, ne reflète peut-être en rien la distribution à grande échelle de cette matière non lumineuse ! Par ailleurs, si le processus fondamental de formation des structures observées apparaît être l'instabilité gravitationnelle, provoquant la croissance de petites inhomogénéités apparaissant sur un fond cosmologique globalement homogène, la question de savoir lesquelles sont apparues en premier (galaxies ou superamas) est loin d'être réglée. Là aussi, l'existence de ces « inos » « chauds » ou « froids » vient modifier les schémas théoriques initialement élaborés. C'est à une telle situation que les Astrophysiciens doivent faire face, situation dont cet article cherche à faire le point à l'heure actuelle et qui constitue un domaine en pleine évolution. Déjà, l'étude de la structure des étoiles avait révélé le lien étroit entre les échelles stellaires et atomiques. Si les développements récents de la Cosmologie et de la Physique des Particules se confirment, ils amènent alors à penser que l'ultime connexion est établie entre le Cosmos dans son ensemble et la microphysique.
PACS: 1210 – Unified field theories and models / 1480K – Other elementary particles / 9530C – Elementary particle and nuclear processes in astrophysics / 9880 – Cosmology
Key words: cosmology / hypothetical particles / unified field theories / GUT / Universe / galaxies / gravitational instability / cosmological background / Hubble law / aggregates / voids / formation / large scale structure / elementary particle physics / fundamental interactions
© EDP Sciences, 1985