Grâce au James Webb Space Telescope, des astronomes ont repéré un groupe de minuscules galaxies qui, en dépit de leur petite taille, pourraient avoir été le moteur d’un vaste changement dans notre Univers.
Il y a environ 13,5 milliards d’années, un peu moins de 500 millions d’années après le Big Bang, notre Univers était très loin d’être aussi varié qu’aujourd’hui. Selon les modèles actuels, il était simplement rempli de protons et d’électrons primordiaux qui se sont ensuite recombinés pour former les premiers atomes d’hydrogène – l’atome le plus simple et le plus léger du tableau périodique.
Que la lumière soit
À cette époque, le cosmos entier était donc rempli d’une vaste soupe d’hydrogène plutôt dense et très homogène, sans la moindre étoile – d’où le nom de cette période, souvent appelée Âge sombre de l’Univers. Seules quelques minuscules fluctuations de densité et de température locales, générées par différents effets quantiques pendant l’expansion de l’Univers, venaient troubler cette isotropie globale.
Ces régions légèrement plus denses, contenant davantage de matière, généraient aussi une force gravitationnelle un peu plus importante, et étaient donc plus à même d’attirer encore plus de matière… et ainsi de suite. Au fil du temps, cette dynamique s’est emballée : des régions extrêmement denses ont fini par apparaître et par s’écrouler sur elles-mêmes sous l’effet de leur gravité devenue très importante, conduisant à l’apparition des premiers nuages de gaz, puis des premières étoiles et galaxies.
Ces premiers corps célestes ont joué un rôle capital dans l’évolution de notre monde. En produisant des rayonnements ultraviolets, ils ont commencé à ioniser l’hydrogène avoisinant. Cet événement, appelé réionisation, a progressivement rendu notre Univers perméable à la lumière, marquant la transition d’un Univers sombre et neutre vers un monde rempli de structures lumineuses. Il a donc posé les bases de l’évolution cosmique qui a formé l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui.
Une pièce manquante du puzzle
Malheureusement, nous ne savons que très peu de choses sur les premières galaxies qui ont lancé ce processus. Elles sont si anciennes, et par conséquent éloignées, que seuls quelques observatoires d’élite, comme le James Webb Space Telescope (JWST), sont capables de les observer.
Ce dernier a déjà braqué son objectif sur plusieurs de ces galaxies primordiales, pour le plus grand plaisir des chercheurs. Mais malgré ces contributions formidables, plusieurs pièces manquaient encore au grand puzzle de la réionisation.
Les astronomes soupçonnaient en effet que de petites galaxies très actives avaient joué un rôle déterminant dans ce bouleversement cosmique. Les modèles actuels suggèrent qu’à cause de leur faible masse, elles auraient accumulé moins d’hydrogène opaque, facilitant ainsi l’évasion de la lumière ultraviolette qui a réionisé une grande partie du cosmos.
De tels objets – par définition très difficiles à observer en raison de leur faible luminosité et de leur distance extrême – n’avaient encore jamais été clairement détectés à l’aube de l’Univers. Mais cela vient de changer avec la toute dernière campagne d’observation du JWST.
Mini-galaxies, maxi-rayonnements
Dans un communiqué récent, la NASA explique en effet que le fer de lance de son arsenal scientifique a enfin repéré une grande population de 83 galaxies susceptibles de répondre à ces critères.
Leur première caractéristique remarquable, c’est leur masse, qui est particulièrement faible. « Ces galaxies sont si petites qu’il en faudrait entre 2 000 et 200 000 pour obtenir une masse équivalente à celle de notre Voie lactée », explique Sangeeta Malhotra, coautrice de l’étude.
Mais à elle seule, cette masse ne suffit pas à en faire des candidates. L’élément clé, c’est leur signature spectrale, c’est-à-dire la nature des rayonnements qui en émanent : pour participer au processus de réionisation, il faut impérativement qu’elles émettent de grandes quantités d’ultraviolets.
Et c’est précisément ce que les chercheurs ont eu le plaisir de constater. En zoomant sur une vingtaine de ces galaxies, le JWST a en effet détecté la signature d’un processus de formation d’étoiles très rapide, associé à une production massive de rayonnements UV ionisants. « Lorsqu’il s’agit de produire de la lumière ultraviolette, ces petites galaxies sont bien plus performantes que leur masse ne le suggère », explique Isak Wold, coauteur de l’étude.
Sur la base de leur nombre et de leur rayonnement UV, les auteurs ont estimé que cette population de mini-galaxies aurait pu fournir une grande partie de la lumière ultraviolette nécessaire pour ioniser tout l’hydrogène neutre de l’Univers, lançant ainsi sa grande transformation vers sa forme actuelle. En résumé, tout indique que le JWST a enfin identifié certains des acteurs les plus importants de cette grande réionisation, et c’est une excellente nouvelle pour les astrophysiciens.
Il sera très intéressant de suivre les prochains travaux sur cette thématique, car nous sommes peut-être sur le point de franchir un vrai palier dans notre compréhension de l’Univers primitif.
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, suivez-nous sur Google et sur notre canal WhatsApp. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
