Il y a 12 milliards d’années, l’impossible s’est produit : cette découverte qui secoue l’astronomie

Quand le passé refait surface

Imaginez un instant que vous puissiez remonter le temps, très loin en arrière. Pas juste à l’époque des dinosaures, non, bien plus loin… jusqu’à seulement 1 milliard d’années après le Big Bang. On a longtemps pensé que l’univers de cette époque était encore en train de chercher ses marques, un endroit où les choses se mettaient en place lentement. Eh bien, il semblerait qu’on se soit trompé, et pas qu’un peu.

Une équipe internationale d’astronomes, menée par la chercheuse Guilaine Lagache de l’Université d’Aix-Marseille, vient de mettre le doigt sur quelque chose d’assez monumental. Ils ont déniché un vaste amas de galaxies massives, incroyablement denses, qui s’activaient déjà à une vitesse folle à cette époque reculée. Publiée dans la revue spécialisée Astronomy & Astrophysics, cette découverte fait l’effet d’une petite bombe.

Pourquoi ? Parce que cette structure semble défier tout ce que nos modèles actuels racontent sur la vitesse à laquelle les étoiles pouvaient se former dans l’univers primitif. C’est un peu comme trouver une métropole hyperactive là où on ne s’attendait à voir que quelques tentes de camping.

Le grand jeu de cache-cache cosmique

Mais alors, comment a-t-on pu rater ça jusqu’à présent ? Le problème, voyez-vous, c’est la poussière. Dans ces jeunes galaxies, d’immenses nuages de gaz et de poussière s’effondrent sous leur propre gravité. C’est ce mécanisme qui allume la mèche et provoque des flambées rapides de formation d’étoiles. Pour étudier ce phénomène, on doit observer des galaxies extrêmement lointaines, dont la lumière a voyagé pendant plus de 12 milliards d’années avant d’atteindre la Terre.

Cependant, ces observations sont un véritable casse-tête pour les astronomes. La poussière présente dans ces galaxies lointaines agit comme un rideau épais : elle absorbe fortement la lumière produite par les nouvelles étoiles, rendant ces régions souvent impossibles à observer directement dans les longueurs d’onde visibles. C’est frustrant, n’est-ce pas ? Comme l’explique très bien Guilaine Lagache : « Une fraction significative de la formation d’étoiles est obscurcie de cette manière ».

Elle précise que la poussière absorbe la lumière ultraviolette et optique des jeunes étoiles pour la réémettre à des longueurs d’onde plus grandes. Résultat ? Ces émissions restent largement invisibles pour les relevés classiques en ultraviolet, optique et proche infrarouge. Jusqu’à présent, cela signifie que même des instruments aussi puissants que le télescope spatial James Webb n’ont observé ces galaxies qu’à des longueurs d’onde plus longues, là où, ironiquement, les preuves directes de cette formation d’étoiles ne peuvent pas toujours être trouvées facilement.

Une technologie de pointe pour percer le brouillard

Alors, comment faire pour voir l’invisible ? Pour lever le voile sur cette activité cachée, les astronomes ont dû ruser. Il fallait chercher la lueur réémise par la poussière elle-même, qui apparaît dans des longueurs d’onde allant de l’infrarouge moyen à la bande radio millimétrique. C’est une fenêtre spectrale qui a fait l’objet d’études approfondies ces trois dernières décennies, mais il fallait aller encore plus loin.

C’est là qu’intervient l’équipe de Lagache. En 2017, ils ont lancé le NIKA2 Cosmological Legacy Survey (N2CLS). Ils ont utilisé la caméra NIKA2, installée sur le télescope de 30 mètres de l’IRAM, situé en Espagne. S’appuyant sur des relevés précédents, cet instrument est une petite merveille technologique : il peut cartographier le ciel simultanément à des longueurs d’onde de 1,2 mm et 2 mm.

Non seulement il offre une sensibilité sans précédent, mais il couvre aussi un champ de vision bien plus large que les instruments d’avant. « Cela permet de pousser les études statistiques des galaxies poussiéreuses à formation d’étoiles vers des flux plus faibles et des époques cosmiques plus précoces qu’auparavant », explique Lagache. En gros, cela permet d’identifier des structures extrêmes et rares dans l’univers jeune. Depuis le début de l’enquête, le N2CLS a même approché une limite observationnelle fondamentale. La sensibilité ne peut plus être améliorée simplement en observant plus longtemps, car la source principale d’incertitude n’est plus le bruit de l’instrument, mais le mélange de la lumière provenant de nombreuses galaxies faibles et lointaines, toutes serrées les unes contre les autres dans le ciel.

Des usines à étoiles qui tournent à plein régime

Grâce à cet ensemble de données exceptionnellement profond, l’équipe a identifié un nombre record de galaxies massives et poussiéreuses à plus de 12 milliards d’années-lumière. Et les chiffres donnent le tournis. Les émissions millimétriques révèlent des taux de formation d’étoiles extraordinairement élevés. Je ne sais pas si vous réalisez, mais comme le souligne Lagache, « certains de ces objets forment des étoiles à un rythme vertigineux — jusqu’à mille fois plus vite que notre propre Voie Lactée ».

Le plus fou dans cette histoire ? Elles sont complètement invisibles sur les images les plus profondes prises par le télescope spatial Hubble, car elles sont totalement masquées par la poussière. L’analyse a révélé quelque chose d’encore plus frappant : alors que l’univers n’avait qu’environ 1 milliard d’années, ces galaxies étaient déjà assemblées en une structure extrêmement dense et allongée. On parle d’un filament cosmique s’étendant sur des dizaines de millions d’années-lumière.

Si on compare cela avec nos modèles théoriques actuels, c’est là que ça coince. Les galaxies au sein de cette structure semblent s’être formées beaucoup plus rapidement que prévu si tôt après le Big Bang. Cette découverte pourrait bien forcer les astronomes à repenser l’efficacité avec laquelle les galaxies pouvaient croître dans les premières époques de l’univers. « Ces résultats suggèrent que, dans certains environnements de l’univers primitif, les galaxies peuvent former des étoiles très efficacement — bien plus que ne le prédisent les modèles théoriques actuels », conclut Lagache. Une belle leçon d’humilité face à l’immensité du cosmos, vous ne trouvez pas ?

Selon la source : phys.org

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