Retenez bien ce nom barbare : SPT2349-56, qui a été repéré alors que l’Univers n’avait que 1,4 milliard d’années (soit à peine 10 % de son âge actuel). À cette époque, le cosmos était censé être en pleine construction, une phase tranquille durant laquelle les grandes structures cosmiques commençaient timidement à s’assembler. Pourtant, ce proto-amas de 30 galaxies est une véritable forge infernale qu’Héphaïstos n’aurait pas reniée pour fabriquer ses plus belles armes. Sa chaleur est dix fois supérieure à celle de la couronne solaire, elle-même affichant une température extrême située dans une fourchette de 1 à 3 millions de degrés Celsius.
Face à ce monstre thermique de 10 millions de Kelvin, les modèles conventionnels de l’astrophysique perdent forcément leur souffle : selon les lois de la gravité seule, un objet aussi jeune ne devrait tout simplement pas être aussi brûlant. Pour percer le mystère de son existence, une équipe internationale de chercheurs (menée par l’Université de la Colombie-Britannique au Canada) a dû traquer une empreinte thermique laissée sur le fond diffus cosmologique, l’écho lumineux laissé par le Big Bang.
Cette découverte prouve que certains amas de galaxies ont, en quelque sorte, « triché » avec le calendrier cosmique, atteignant un état de maturité thermique extrême des milliards d’années avant l’heure. Les résultats de cette étude viennent d’être publiés le 5 janvier dans la revue Nature.
Le brasier qui ne devrait pas exister
SPT2349-56 concentre en son sein 30 galaxies prises dans un engrenage gravitationnel tellement puissant qu’elles sont vouées à fusionner en un temps record. Un chaos total, provoquant une activité galactique frénétique, puisque les étoiles y naissent 1 000 fois plus vite que dans notre Voie lactée.
Comme expliqué précédemment, la chaleur qui y règne est inimaginable, mais il est très compliqué de la mesurer, car nous observons cet objet tel qu’il était il y a 12,4 milliards d’années. L’équipe, dirigée par Dazhi Zhou, a donc été obligé de ruser en utilisant le réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), l’un des plus grands radiotélescopes du monde, situé au Chili.
Plutôt que de chercher à mesurer directement la température de cette fournaise, les chercheurs ont cherché à détecter l’effet Sunyaev-Zeldovich. Un phénomène astrophysique qui se produit lorsque la lumière du fond diffus cosmologique traverse d’immenses amas de galaxies. Ils se sont donc servis de ce dernier, baignant tout l’Univers, comme d’un immense écran rétroéclairée.
En traversant l’amas SPT2349-56, les particules élementaires de lumière (les photons) de cet ancien rayonnement ont percuté les électrons du gaz brûlant en provenance de SPT2349-56. Imaginez des billes froides (la lumière primordiale) frappées par des voitures de sport lancées à 300 km/h (les électrons surchauffés). Ce choc donne un « coup de boost » énergétique aux photons, modifiant très légèrement leur fréquence.
C’est en mesurant la modulation de ces fréquences que l’équipe a pu déduire la température réelle de l’amas et arriver au résultat de 10 millions de Kelvin. Sauf que, normalement, à cette étape de l’histoire cosmique, la gravité seule n’aurait jamais pu compresser le gaz assez fortement pour générer une telle chaleur en seulement 1,4 milliard d’années. D’autres coupables sont à pointer du doigt ici.
En analysant cette infime distorsion de la lumière primordiale, l’équipe a découvert que ce n’est pas la gravité, mais probablement trois trous noirs supermassifs qui surchauffent SPT2349-56 en y libérant une énergie colossale. En dévorant la matière environnante, ils recrachent des jets de plasma d’une violence inouïe, qui cuisent l’amas de l’intérieur. Ce sont eux qui ont permis à SPT2349-56 d’être aussi chaud et mature alors que l’Univers sortait à peine de ses couches.
Devons-nous dire adieu au modèle ΛCDM ?
Cet amas, à lui seul, bouscule encore la chronologie du cosmos telle que nous l’avons établie tout au long du XXème siècle. Durant des décennies, le modèle dominant (dit de « croissance hiérarchique ») affirmait qu’il a fallu à l’Univers des milliards d’années pour que s’assemblent les premiers grands amas de galaxies (amas de la Vierge, amas de la Chevelure de Bérénice ou amas de Persée). Selon cette théorie, les petites galaxies devaient d’abord fusionner pour en former de moyennes, qui elles-mêmes finissaient par se regrouper pour créer de vastes cités galactiques seulement après 4 ou 5 milliards d’années d’évolution.
C’est le modèle cosmologique ΛCDM, qui est aujourd’hui de plus en plus mis à mal, notamment grâce à certaines observations du télescope James Webb, qui a déjà observé des galaxies très matures matures alors que l’Univers n’était agé que de 500 à 700 millions d’années. SPT2349-56 se situe encore à un autre niveau puisqu’on ne parle pas d’une, mais de 30 galaxies : c’est donc un véritable coup de grâce pour notre ancien calendrier.
Pour Zhou et son équipe, c’est une autre quête passionnante qui les attend : « Notre objectif est de déchiffrer les interactions entre la naissance frénétique d’étoiles, l’activité des trous noirs et ce brasier atmosphérique, afin de comprendre comment les grands amas de galaxies que nous observons aujourd’hui ont vu le jour ». Décidément, plus loin nous regardons, plus nous nous rendons compte que l’on avait rien (ou mal) compris : n’est-ce pas là la grandeur de la science : s’émerveiller d’une théorie avant de comprendre qu’elle finira par être caduque ?
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