Les premières galaxies se seraient formées bien plus tôt que prévu

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Une équipe de recherche, menée par Johan Richard (Centre de recherche et d'astrophysique de Lyon - CNRS/Université Lyon 1/ENS Lyon) et Jean-Paul Kneib (Laboratoire d'astrophysique de Marseille - CNRS/Université de Provence), a fait une découverte, effectuée avec une lentille gravitationnelle, qui bouleverse la datation établie des premières galaxies, et dont les résultats seront publiés courant avril sur le site de la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

D'après Johan Richard, premier auteur de l'article, « les mesures obtenues sur cette galaxie lointaine suggèrent qu'elle aurait commencé à former ses étoiles seulement 200 millions d'années après le Big Bang ». La découverte d'une telle galaxie défie les théories de formation et d'évolution des galaxies actuellement en vigueur. Elle pourrait aider à résoudre le mystère concernant la réionisation du gazgaz d'hydrogènehydrogène neutre qui remplissait l'universunivers à ses débuts.

Cette galaxie a pu être détectée grâce à l'amplification gravitationnelle de l'amas de galaxiesamas de galaxies Abell 383, dont l'importante force de gravitationforce de gravitation, selon la théorie de la relativité généralerelativité générale d'EinsteinEinstein, amplifie les rayons de lumièrelumière des galaxies plus distantes à la manière d'une loupe déformante. La découverte de cette galaxie est exceptionnelle car seul un alignement naturel quasi-parfait entre la source, l'amas de galaxies et la Terre, en a permis la détection.

Les clés de la découverte

La galaxie a tout d'abord été identifiée avec le télescope spatialtélescope spatial Hubble (NasaNasa - Esa), puis confirmée sur des images du télescope spatial Spitzer (Nasa). L'équipe a ensuite effectué des observations spectroscopiques avec le télescope KeckKeck-II à Hawaï pour mesurer sa distance. Le décalage vers le rougedécalage vers le rouge (redshift en anglais) mesuré spectroscopiquement est de 6,027, ce qui signifie que cette galaxie est vue telle qu'elle était lorsque l'univers était âgé d'environ 950 millions d'années. Contrairement aux autres galaxies lointaines détectées possédant en majorité des étoiles jeunes, celle-ci contiendrait des étoiles âgées de 750 millions d'années, plaçant l'époque de sa formation à environ 200 millions d'années après le Big BangBig Bang.

Cette découverte apporte des informations essentielles sur la période de formation des premières galaxies, mais pourrait également expliquer comment l'univers est devenu transparenttransparent aux rayons UVUV dans le premier milliard d'années après le Big Bang. Au début de l'univers, un gaz diffusdiffus d'hydrogène neutre bloque le cheminement de la lumière ultraviolette dans l'univers. Pour laisser passer ces rayons UV, des sources de rayonnement important doivent progressivement ioniser l'hydrogène neutre. Les toutes premières populations d'étoiles telles que celles présentes dans cette galaxie lointaine pourraient jouer un rôle important dans ce processus de réionisation de l'hydrogène neutre.

Ce diagramme explique le principe des lentilles gravitationnelles dans le contexte de notre découverte. L'amas de galaxies situé sur la ligne de visée entre la galaxie et la Terre, déforme l'espace-temps et les rayons lumineux de la galaxie lointaine sont déformés et amplifiés. Dans la configuration observée, deux rayons lumineux venant de notre galaxie atteignent directement la Terre. Ce sont ces deux images que l’on retrouve dans la photographie de l’amas Abell 383, prise par le télescope spatial Hubble. © Nasa, Esa, J. Richard (CRAL) and J.-P. Kneib (LAM)

« Il semble probable qu'il existe en fait, dans l'univers primitif, un plus grand nombre de galaxies formées à la même période que celle que nous avons découverte » explique Jean-Paul Kneib. « Ces galaxies qui se formeraient alors très tôt dans l'univers pourraient fournir le rayonnement manquant nécessaire à la réionisation ».

Actuellement, les galaxies de ce type ne sont détectables qu'au travers des amas massifs jouant le rôle de télescopes cosmiques. Dans les prochaines années, le télescope James Webb (Nasa/Esa/CSA), dont le lancement est prévu au cours de cette décennie, étudiera de manière détaillée cette nouvelle population de galaxies, tout comme, à plus long terme, le futur télescope géanttélescope géant européen (E-ELTE-ELT) de l'ESOESO.