Depuis des décennies, les astronomes tentent de voir le plus loin possible dans l'Univers profond. En observant le cosmos tel qu'il était peu de temps après le Big Bang, les astrophysiciens et les cosmologistes espèrent apprendre tout ce qu'ils peuvent sur la formation précoce de l'Univers et son évolution ultérieure. Grâce à des instruments comme le Le télescope spatial Hubble, les astronomes ont pu voir des parties de l'Univers qui étaient auparavant inaccessibles.
Mais même le vénérable Hubble est incapable de voir tout ce qui se passait au début de l'Univers. Cependant, en utilisant la puissance combinée de certains des plus récents observatoires astronomiques du monde entier, une équipe d'astronomes internationaux dirigée par l'Institut d'astronomie de l'Université de Tokyo a observé 39 galaxies anciennes encore inconnues, une découverte qui pourrait avoir des implications majeures pour l'astronomie et la cosmologie.
L'équipe à l'origine de la découverte comprenait des membres de l'Institut d'astronomie de l'Université de Tokyo, du Centre national français de la recherche scientifique (CNRS), de l'Université normale d'Anhui en Chine, de l'Université Ludwig-Maximilians de Munich, des Observatoires nationaux d'astronomie de Chine et du Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) à Taiwan. Leurs recherches ont été publiées dans le numéro du 7 août de La nature.
Repérer l'invisible
Pour le dire simplement, les premières galaxies possibles dans l'Univers sont restées invisibles jusqu'à présent car leur lumière est très faible et se produit à de longues longueurs d'onde qui ne sont pas détectables par Hubble. L'équipe
La découverte qui en a résulté était non seulement sans précédent, mais la découverte de ces nombreuses galaxies de ce type défie les modèles cosmologiques actuels. Comme Tao Wang, un chercheur de l'AISAA et co-auteur de l'étude, l'a expliqué:
«C'est la première fois qu'une si grande population de galaxies massives est confirmée au cours des 2 premiers milliards d'années de la vie de 13,7 milliards d'années de l'univers. Celles-ci nous étaient auparavant invisibles. Cette découverte contrevient aux modèles actuels de cette période d'évolution cosmique et aidera à ajouter quelques détails, qui manquaient jusqu'à présent. »
Ces galaxies, bien qu'elles soient les plus grandes à l'époque, étaient encore très difficiles à repérer. Une grande partie de la raison tient à la mesure dans laquelle leur lumière a été étirée par l'expansion de l'Univers. Dans l'astronomie de tous les jours,
Cela permet aux astronomes non seulement de dire à quelle distance un objet est éloigné, mais aussi à quoi cet objet ressemblait dans le passé. Mais quand on regarde à la toute première époque de l'Univers (il y a plus de 13 milliards d'années), l'immense distance étire la longueur d'onde de la lumière visible au point où elle n'est plus dans le domaine de la lumière visible et devient infrarouge.
Une autre raison pour laquelle ces galaxies sont difficiles à repérer est que les grandes galaxies ont tendance à être enveloppées de poussière, surtout lorsqu'elles sont encore au début de leur formation. Cela a tendance à les obscurcir davantage que leurs homologues galactiques plus petits. Pour ces raisons, certains soupçonnaient que ces galaxies n'étaient pas aussi vieilles que l'équipe l'avait suggéré. Comme Wang l'a indiqué:
«Il était difficile de convaincre nos pairs que ces galaxies étaient aussi vieilles que nous les soupçonnions. Nos soupçons initiaux quant à leur existence provenaient des données infrarouges du télescope spatial Spitzer. Mais ALMA a les yeux vifs et a révélé des détails à des longueurs d'onde submillimétriques, la meilleure longueur d'onde pour scruter la poussière présente dans le premier univers. Malgré cela, il a fallu des données supplémentaires du très grand télescope nommé au Chili pour imaginer vraiment que nous voyions d'anciennes galaxies massives où aucune n'avait été vue auparavant. »
Qu'est-ce que cela signifie pour l'astronomie?
Puisque la découverte de ces galaxies défie nos modèles cosmologiques actuels, les découvertes de l'équipe ont naturellement des implications importantes pour les astronomes. Comme Kotaro Kohno, professeur à l'Institut d'astronomie et co-auteur de l'étude, a expliqué:
«Plus une galaxie est massive, plus le trou noir supermassif en son cœur est massif. L'étude de ces galaxies et de leur évolution nous en dira donc plus sur l'évolution des trous noirs supermassifs », a ajouté Kohno. «Les galaxies massives sont également intimement liées à la distribution de la matière noire invisible. Cela joue un rôle dans l'élaboration de la structure et de la distribution des galaxies. Les chercheurs théoriques devront mettre à jour leurs théories maintenant. »
Une autre découverte intéressante a été la façon dont ces 39 anciennes galaxies diffèrent des nôtres. Pour commencer, ces galaxies avaient une densité d'étoiles plus élevée que la Voie lactée aujourd'hui; ce qui signifie que si notre galaxie était similaire, les observateurs d'étoiles verraient quelque chose de très différent en levant les yeux vers le ciel nocturne.
«D'une part, le ciel nocturne semble beaucoup plus majestueux. La plus grande densité d'étoiles signifie qu'il y aurait beaucoup plus d'étoiles proches en paraissant plus grandes et plus brillantes », a déclaré Wang. "Mais à l'inverse, la grande quantité de poussière signifie que les étoiles plus éloignées seraient beaucoup moins visibles, donc l'arrière-plan de ces étoiles proches brillantes pourrait être un vaste vide sombre."
Comme c'est la première fois qu'une population galactique de ce type est découverte, les astronomes attendent avec impatience ce qu'ils pourraient trouver d'autre. À l'heure actuelle, même l'ALMA n'est pas suffisamment sophistiqué pour étudier les compositions chimiques et les populations stellaires de ces galaxies. Cependant, les observatoires de prochaine génération auront la résolution pour les astrnomères de mener ces études.
Il s'agit notamment du télescope spatial James Webb, dont le lancement est actuellement prévu pour 2021. Les observatoires terrestres tels que le télescope extrêmement grand de l'ESO (ELT), le télescope de trente mètres (TMT) et le télescope géant de Magellan (GMT) sont également susceptibles de jouer un rôle vital.
C'est une période passionnante pour les astronomes et les cosmologistes. Très lentement, ils décollent une autre couche de l'Univers pour voir quels secrets se cachent en dessous!
