Une nouvelle idée lumineuse montrant comment les galaxies ont illuminé le premier univers

Les galaxies du début de l'Univers étaient bien plus brillantes que ne l'avaient prédit les astronomes, révèlent de nouvelles découvertes du télescope spatial Spitzer. Les galaxies anciennes sont vues brillantes dans la lumière infrarouge qui a quitté leur source au tout début des galaxies et des étoiles. Les astronomes croient que cette découverte pourrait aider à répondre à un mystère intrigant de la première époque de notre Cosmos.

Après le Big Bang, l'univers était rempli d'énergie, mais la matière n'était pas encore née. La première matière qui a vu le jour était sous forme d'hydrogène ionisé et d'hélium, et la lumière a commencé 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 cosmologistes appellent «The Dark Ages».

La conception d'un artiste de ce à quoi pouvait ressembler une première galaxie. La formation active d'étoiles, combinée à des morts fréquentes d'étoiles, aurait illuminé le gaz entre les étoiles, rendant la galaxie largement opaque et laissant ces corps avec peu de structure. 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 quasars ont commencé à prendre forme et où les galaxies ont commencé à se développer. Lentement, sur 500 millions d'années supplémentaires, cette réionisation illumina l'Univers, transformant le Cosmos d'une étendue sombre en un endroit brillant que nous connaissons aujourd'hui. La façon dont la réionisation a eu lieu reste cependant un mystère.

«C'est l'une des plus grandes questions ouvertes de la cosmologie observationnelle. Nous savons que cela s'est produit, mais qu'est-ce qui a causé cela? Ces nouvelles découvertes pourraient être 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 faibles sont entourées. L'image en médaillon en bas à droite montre une image agrandie et à longue exposition d'une de ces anciennes familles d'étoiles. Crédit d'image: NASA / JPL-Caltech / ESA / Spitzer / P. Oesch / S. De Barros / I.Labbe

Le télescope spatial Spitzer a été utilisé pour regarder en arrière 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 de jeunes étoiles massives, étaient étonnamment énergétiques dans deux fréquences de lumière infrarouge. Ces longueurs d'onde étaient cohérentes avec la lumière produite par les rayonnements ionisants interagissant avec l'hydrogène et l'oxygène dans les galaxies.

«Nous ne nous attendions pas à ce que Spitzer, avec un miroir pas plus grand qu'un Hula-Hoop, soit capable de voir des galaxies si près de l'aube des temps. Mais la nature est pleine de surprises », a déclaré Michael Werner, scientifique du projet Spitzer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

Une représentation graphique de l'histoire de l'Univers. Crédit d'image: SG Djorgovski et al./Digital Media Center, Caltech

Pour alléger l'histoire…

Après la formation de matière, les seuls rayonnements électromagnétiques (em) qui pouvaient pénétrer dans l'Univers étaient les ondes radio et la lumière visible, tandis que les rayonnements em avec des longueurs d'onde plus courtes - la lumière ultraviolette, par exemple - étaient capturés par les atomes d'hydrogène. Dans le processus, ces atomes ont été dépouillés de leurs électrons, créant des ions.

Des preuves de cette époque de réionisation sont visibles lorsque les astronomes se tournent vers les premiers jours du Cosmos, tandis que la source de la quantité massive d'énergie requise pour alimenter ce changement sur l'ensemble de l'Univers reste inconnue. Les étoiles ou les galaxies pourraient en être responsables, mais la production d'énergie de ces corps aurait nécessité que ces corps soient beaucoup plus puissants qu'ils ne le sont aujourd'hui. Une théorie suggère que les quasars - des galaxies avec des trous noirs supermassifs incroyablement puissants - pourraient avoir produit l'énergie nécessaire pour ioniser la matière du Cosmos.

«L'histoire jusqu'à présent: au début, l'univers a été créé. Cela a mis beaucoup de gens en colère et a été largement considéré comme une mauvaise décision. »
- 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 dans ces premières galaxies étaient très différentes de celles des galaxies typiques d'aujourd'hui. Ce sera le travail du télescope spatial James Webb de trouver les raisons détaillées pour lesquelles », a déclaré Pascal Oesch de l'Université de Genève.

Le télescope spatial James Webb, qui pourrait répondre à bon nombre des questions qui demeurent de la première ère de la matière dans l'Univers, devrait être lancé en 2021.