Une nouvelle idée brillante montrant comment les galaxies ont illuminé l'univers primitif

Les galaxies du début de l’Univers étaient bien plus lumineuses que ne l’avaient prédit les astronomes, révèlent de nouvelles découvertes du télescope spatial Spitzer. Les anciennes galaxies brillent dans l'infrarouge qui a pris sa source au cours de son plus jeune âge. Les astronomes pensent que cette découverte pourrait aider à répondre à un mystère intriguant de la première époque de notre cosmos.

Après le Big Bang, l'univers était rempli d'énergie, mais la matière n'était pas encore apparue. La première matière qui se présenta fut sous forme d'hydrogène ionisé et d'hélium, et la lumière commença à remplir le cosmos. Cependant, environ 300 000 ans après le Big Bang, ce gaz ionisé est devenu électriquement neutre et l’Univers est entré dans une ère que les cosmologues appellent «l’âge des ténèbres».

La conception d’un artiste de ce à quoi une galaxie ancienne pouvait ressembler. La formation active d'étoiles, associée à de fréquentes morts d'étoiles, aurait illuminé le gaz entre les étoiles, rendant la galaxie largement opaque et laissant ces corps peu structurés. Crédit d'image: James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

Au début…

L'époque de la réionisation a commencé 500 millions d'années après le Big Bang, à une époque où les premiers quasars ont commencé à prendre forme et où les galaxies ont commencé à se développer. Lentement, pendant encore 500 millions d'années, cette réionisation a illuminé l'Univers, transformant le cosmos d'une étendue sombre en un lieu brillant que nous connaissons aujourd'hui. Comment la réionisation s'est produite, cependant, reste un mystère.

«C’est l’une des plus grandes questions en suspens de la cosmologie par observation. Nous savons que c'est arrivé, mais quelle en est la cause? Ces nouvelles découvertes pourraient constituer un indice important », a déclaré Stéphane De Barros de l'Université de Genève en Suisse.

Image composite d'un champ de galaxies prise par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer. Les galaxies les plus anciennes et les plus sombres sont entourées. L'image incrustée en bas à droite montre une image agrandie et longue d'une de ces anciennes familles d'étoiles. Crédit image: NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

Le télescope spatial Spitzer a été utilisé pour regarder les premières galaxies du Cosmos, à 13 milliards d'années lumière de la Terre. L'examen de 135 galaxies a révélé que ces corps anciens, peuplés d'étoiles jeunes et massives, étaient étonnamment énergiques dans deux fréquences de lumière infrarouge. Ces longueurs d'onde étaient compatibles avec la lumière produite par le rayonnement ionisant interagissant avec l'hydrogène et l'oxygène dans les galaxies.

«Nous ne nous attendions pas à ce que Spitzer, avec un miroir ne dépassant pas la taille d'un hula-hoop, soit capable de voir les galaxies si près de la nuit des temps. Mais la nature est pleine de surprises », a déclaré Michael Werner, responsable scientifique du projet Spitzer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

Une représentation graphique de l'histoire de l'univers. Crédit d'image: S.G. Djorgovski et autres / Digital Media Center, Caltech

Pour éclairer l'histoire…

Après la formation de la matière, les seuls rayonnements électromagnétiques (em) pouvant pénétrer dans l'univers étaient les ondes radio et la lumière visible, tandis que les rayonnements émettant des longueurs d'ondes plus courtes - la lumière ultraviolette, par exemple - étaient capturés par des atomes d'hydrogène. Au cours du processus, ces atomes ont été débarrassés de leurs électrons, créant des ions.

La preuve de cette époque de réionisation est visible lorsque les astronomes se penchent sur les premiers jours du Cosmos, alors que la source de l’énorme quantité d’énergie nécessaire pour alimenter ce changement sur tout l’Univers reste inconnue. Les étoiles ou les galaxies étaient peut-être responsables, mais la production d'énergie de ces corps aurait obligé ces corps à être beaucoup plus puissants qu'ils ne le sont aujourd'hui. Une théorie suggère que les quasars - des galaxies dotées de trous noirs supermassifs incroyablement puissants - auraient pu produire l'énergie nécessaire pour ioniser la matière du Cosmos.

"L'histoire jusqu'ici:
Au début, l'univers a été créé.
Cela a mis beaucoup de gens en colère et a été largement considéré comme un mauvais geste. "
- Douglas Adams, Le restaurant au bout de l'univers

Je peux voir clairement maintenant

«Ces résultats de Spitzer sont certainement une autre étape dans la résolution du mystère de la réionisation cosmique. Nous savons maintenant que les conditions physiques de ces premières galaxies étaient très différentes de celles des galaxies typiques actuelles. Le télescope spatial James Webb aura pour tâche d’en déterminer les raisons détaillées ", a déclaré Pascal Oesch de l’Université de Genève.

Le télescope spatial James Webb, qui pourrait répondre à de nombreuses questions de la plus ancienne époque de la matière dans l'univers, devrait être lancé en 2021.