Photos de 6 galaxies parmis les plus anciennes de l'univers

Une équipe internationale d'astronomes, à laquelle participe un chercheur du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, semble avoir trouvé une nouvelle population de galaxies dont la lumière aurait mis plus de 13 milliards d'années à nous parvenir. Cette découverte, utilisant l'effet de mirage gravitationnel, mettrait en évidence l'existence de galaxies alors que l'Univers n'était âgé que de 500 millions d'années.

300 000 ans après le Big-Bang, l'Univers en expansion est devenu transparent au rayonnement lumineux. Mais aucune étoile ne brillait encore, et c'est pourquoi les astronomes nomment cette époque « les Ages Sombres ». La découverte des premières étoiles et des premières galaxies qui commencèrent à briller dans l'Univers est l'un des objectifs majeurs des cosmologues et motive la construction des futurs télescopes comme le télescope européen ELT (Extremely Large Telescope) et le télescope spatial JWST. Ces recherches constituent un élément essentiel pour nous permettre de comprendre comment notre Univers s'est formé et évolue au cours du temps.

En attendant de pouvoir utiliser les futurs instruments d'observation, les astronomes ont recours à des techniques faisant appel à des phénomènes naturels et aux lois fondamentales de la physique. L'une d'entre elles utilise l'effet de mirage gravitationnel prédit par Einstein et amplement vérifié depuis. D'après la relativité générale, la lumière est déviée par le champ gravitationnel. Au voisinage d'un champ gravitationnel fort, comme celui des amas de galaxies les plus massifs de l'Univers, la lumière provenant d'un objet lointain est donc fortement déviée. Si l'objet lointain, l'amas de galaxies et l'observateur sont alignés, ce dernier voit un arc lumineux. Cet arc correspond en réalité à la fusion de plusieurs images de l'objet lointain. Ces images sont déformées, et ce qui intéresse surtout les astronomes, elles sont amplifiées. La lumière provenant de l'objet lointain est ainsi focalisée comme au travers d'un télescope, ce qui permet de l'observer alors qu'il resterait autrement invisible.



Une équipe internationale d'astronomes a utilisé cette technique en observant les amas de galaxies les plus efficaces en termes d'agrandissement apparent, avec l'un des plus puissants télescopes au monde : le télescope Keck de 10m de diamètre, situé à 4200m au sommet du Mauna Kea à Hawaii et équipé du spectrographe NIRSPEC. Pendant 3 ans, 9 amas de galaxies ont été scrutés en détail. Les astronomes, dont Jean-Paul Kneib, chercheur au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, auraient identifié 6 jeunes galaxies formant activement des étoiles, à une distance de 13 milliards d'années-lumière. Ceci correspond à l'époque où l'Univers n'avait que 500 millions d'années, soit moins de 4% de son âge actuel.

S'assurer que cette nouvelle population de galaxies a été identifiée de façon non ambiguë est excessivement difficile à de telles distances, malgré de très nombreux tests réalisés cette dernière année par l'équipe d'astronomes avec les meilleurs télescopes actuels. Cependant, de vieilles populations d'étoiles ont été identifiées dans d'autres galaxies un peu plus âgées que celles-ci. D'après les scientifiques, on peut donc raisonnablement penser qu'au moins une partie des galaxies identifiées est effectivement réelle.

Le grand nombre de galaxies trouvées semble indiquer qu'il existait à cette époque une grande population de galaxies intrinsèquement peu brillantes. Le flux ultraviolet ionisant de cette nouvelle population de galaxies serait suffisant pour expliquer le phénomène de ré-ionisation de l'Univers (ionisation des atomes d'hydrogène neutre du milieu intergalactique) qui marqua la fin des « Ages Sombres ».

Source: CNRS / INSU
Source: © Kneib. Ellis. Caltech Digital Media Center