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De petites galaxies présentes 800 millions d’années seulement après le Big Bang

Crédit: Zhen-Ya Zheng (SHAO) et Junxian Wang (USTC)

Des astronomes qui étudient les premières heures de l’Univers ont constaté que de petites galaxies formant des étoiles étaient abondantes lorsque l’Univers n’était âgé que de seulement 800 millions d’années. Elles auraient donc pu apparaître encore plus tôt.

La petite enfance de l’univers est plutôt sombre. Aucune étoile à l’horizon, encore moins de galaxies. 300 000 ans après le Big Bang, l’Univers était rempli d’hydrogène neutre et 80 000 plus tard, il ouvrait à peine les yeux. Les premières galaxies apparurent un peu plus tard, ionisant leur environnement. Le gaz intergalactique éclairait alors et transformait l’Univers. On ne sait en revanche pas exactement quand les premières galaxies se sont formées. Les chercheurs estiment que ce serait dans l’intervalle entre 300 millions d’années et 1 milliard d’années après le Big Bang, mais déterminer une date exacte est un véritable défi.

Le gaz intergalactique, qui est initialement neutre, absorbe et diffuse fortement la lumière ultraviolette émise par les galaxies, ce qui les rend en effet difficiles à détecter. Pour tenter de s’en rapprocher, les astronomes adoptent une approche indirecte, essayant de déterminer quand le gaz intergalactique s’est ionisé. En déterminant les sources ionisantes, ils peuvent alors déduire quand les premières galaxies se sont formées. Une étude récente a permis la découverte de 23 galaxies dites « émetteur Lyman alpha ». Un émetteur Lyman alpha est une galaxie présentant une raie Lyman-alpha en émission. La raie Lyman-alpha, notée Ly—α, est produite par recombinaison de l’hydrogène ionisé.

Les petits carrés blancs représentent ici les 23 petites galaxies repérées par les astronomes qui ionisaient leur environnement 800 millions d’années après le Big Bang. Crédits : Zhen-Ya Zheng (SHAO) et Junxian Wang (USTC)

Selon les observations, ces petites galaxies étaient présentes 800 millions d’années après le Big Bang et constituent au passage le plus grand échantillon détecté jusqu’à présent à cette époque. Par ailleurs, les chercheurs notent que ces petites galaxies étaient quatre fois moins nombreuses 800 millions d’années après le Big Bang que 200 millions d’années plus tard, soit 1 milliard d’années après le Big Bang. La découverte implique une équipe internationale d’astronomes chinois, américains et chiliens qui se sont appuyés sur la caméra Dark Energy (DECam) installée sur le télescope Víctor M. Blanco, au Chili.

Ces résultats impliquent donc que le processus d’ionisation de l’Univers a débuté tôt et était encore incomplet 800 millions d’années après le Big Bang, le gaz intergalactique étant à peu près neutre et à moitié ionisé à cette époque. Ces résultats montrent également que « le brouillard était déjà en train de lever lorsque l’univers n’était qu’à 5 % de son âge actuel », note Sangeeta Malhotra, du Goddard Space Flight Center de la NASA et coauteur de cette étude.

Dans l’encadré, nous sommes 800 millions d’années après le Big Bang. Les premières galaxies sont apparues quelques millions d’années plus tôt. Un milliard d’années après le Big Bang, le gaz était entièrement ionisé. Crédits : NAOJ

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