Résumé
Les grandes structures de l’Univers sont essentiellement faites de matière noire invisible, mais les galaxies y sont associées et nous servent de traceur. La cartographie de l’Univers à trois dimensions (la 3e dimension, la profondeur, est donnée par les vitesses, compte tenu de l’expansion de l’Univers) s’est beaucoup accélérée ces dernières années. Nos connaissances s’accroissent exponentiellement. Alors qu’au début du XXe siècle, jusqu’en 1920, les astronomes se demandaient s’il existait des galaxies, des mondes à part, extérieurs à la Voie lactée, l’expansion de l’Univers a été établie vers 1930, et peu à peu des cartographies de galaxies en filaments ont été obtenues. Le survey du CfA-2 effectué de 1985 à 1995 a obtenu 18 000 spectres de galaxies en dix ans. Puis il a été détrôné par le Sloan SDSS, avec un million de spectres de galaxies, et cela continue ! Le progrès vient des plus grandes performances des télescopes, mais surtout du multiplex, par fibres ou lentilles, qui permet de faire 400 à 1 000 spectres simultanément. Ces grands surveys sur des télescopes dédiés ont permis de mettre en évidence de plus grandes structures encore, comme le Grand mur SDSS de 1 370 Mpc de taille ! Les grands surveys accumulent tout aussi bien les étoiles de la Voie lactée, les galaxies locales, et les 300 milliards de galaxies visibles jusqu’à notre horizon, les quasars à grand redshift, etc. À grand z, ce sont les surveys profonds du Hubble Space Telescope (HST) qui ont permis de mieux connaître l’Univers lointain et la formation des galaxies. Pour les galaxies proches, où les vitesses particulières dominent sur l’expansion de l’Univers, il a fallu se servir d’un indicateur de distance indépendant de l’expansion (Céphéides, loi de Tully-Fisher, etc.) pour mettre en évidence que nous faisons partie d’un super-amas local, Laniakea, qui contient plusieurs amas de galaxies, comme Virgo. Les filaments cosmiques contiennent aussi beaucoup de gaz difficile à observer, ou bien par absorption devant les quasars lointains. Le gaz ionisé se recombine en émettant la raie Lyman-alpha, soit parce qu’il est excité par des formations d’étoiles, soit par fluorescence de la lumière des quasars. Observer de plus en plus de galaxies (des milliards de galaxies avec le satellite Euclid) va permettre, grâce à plusieurs outils (lentilles gravitationnelles, ondes acoustiques baryoniques, RSD redshift-space distorsions, etc.) de tester la nature de l’énergie noire, en déterminant son évolution avec le temps, depuis le Big Bang.
