La façon dont certaines galaxies tournent aujourd’hui semble encore porter la marque des conditions qui régnaient peu après le Big Bang. Une équipe internationale a détecté cette empreinte dans l’orientation du gaz de galaxies elliptiques massives proches, avec un signal statistique significatif. Cette mesure apporte un test direct d’une idée formulée depuis plusieurs décennies sur l’origine de la rotation galactique.
Pour comprendre ce résultat, il faut remonter à la naissance des galaxies. Avant leur formation, la matière n’était pas répartie uniformément dans l’Univers. Les différences de densité produisaient des forces gravitationnelles inégales, appelées forces de marée. Selon la théorie du couple de marée, ces forces ont donné un mouvement de rotation aux futures galaxies avant même qu’elles ne prennent leur forme actuelle.
Les rotations galactiques portent l’empreinte de l’Univers primordial.
Le problème est que des milliards d’années d’évolution ont ensuite brouillé ce signal initial. Les galaxies ont fusionné, attiré du gaz et interagi avec leur environnement. On pouvait donc se demander si leur orientation actuelle conservait encore une information mesurable sur ces conditions très anciennes.
Les auteurs ont comparé des observations de galaxies proches avec une reconstruction de la distribution initiale de matière dans cette même région de l’Univers. Cette reconstruction, issue du projet ELUCID, permet d’estimer le champ gravitationnel primordial ayant agi sur les structures qui allaient devenir les galaxies observées aujourd’hui.
Le signal le plus net apparaît dans le gaz de galaxies elliptiques centrales et massives. Leur axe de rotation présente une corrélation directionnelle avec celui prédit à partir du champ primordial avec une signification d’environ 7 sigma, ce qui signifie que la probabilité d’obtenir un tel accord par une fluctuation statistique aléatoire est extrêmement faible selon le modèle utilisé.
Toutes les galaxies ne montrent pas le même niveau de corrélation. L’analyse principale porte notamment sur 781 galaxies elliptiques et 815 galaxies spirales disposant de mesures fiables de la rotation du gaz. Les spirales donnent un signal moins marqué, en partie parce qu’une plus grande fraction appartient à des halos de masse où la reconstruction devient moins précise.
Autrement dit, l’information initiale n’a pas totalement disparu malgré l’évolution cosmique. Cette persistance renforce la théorie du couple de marée, qui relie directement la rotation des galaxies aux irrégularités gravitationnelles présentes dans l’Univers jeune. Elle transforme aussi l’orientation des galaxies en une nouvelle donnée exploitable pour tester certains modèles cosmologiques.
Les auteurs envisagent notamment d’utiliser ces corrélations pour contraindre des paramètres comme la masse des neutrinos. Cette piste demande encore des échantillons plus vastes et des reconstructions plus précises. Les données et plusieurs codes employés dans l’étude ont été rendus publics, ce qui permet désormais de reproduire les mesures et de tester la méthode sur d’autres relevés.
