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Voici la galaxie la plus lointaine jamais observée

La lumière de HD1. Crédits : Harikane and al.

Un objet rougeâtre isolé dans l’Univers lointain vient d’être identifié comme la galaxie la plus éloignée découverte à ce jour. Selon une étude, la structure existait à peine 330 millions d’années après le Big Bang.

Nouveau record cosmique

L’un des principaux objectifs des cosmologistes est de pouvoir isoler les premières galaxies de notre Univers et de mesurer leurs effets sur l’évolution cosmique. Des efforts ont permis de localiser quelques-unes de ces structures très anciennes, certaines évoluant moins d’un milliard d’années après le Big Bang. Il y a quelques années, des chercheurs avaient fait un nouveau pas en avant en isolant une galaxie massive qui existait 760 millions d’années après le Big Bang. Cependant, tous les records sont faits pour être battus.

Il y a quelques semaines, une équipe de chercheurs aurait en effet repéré la lueur d’une galaxie encore plus ancienne évoluant à 13,5 milliards d’années-lumière de la Terre. Autrement dit, cet objet nommé HD1 existait à peine 330 millions d’années après le Big Bang.

Pour cette étude, les chercheurs se sont appuyés sur quatre télescopes optiques et infrarouges puissants : le télescope Subar, le télescope VISTA, le télescope infrarouge du Royaume-Uni (UKIRT) et le télescope spatial Spitzer. Ensemble, ils ont accumulé plus de 1 200 heures d’observation, scrutant les recoins de notre univers dans le but d’identifier les sources de lumière les plus lointaines. HD1 s’est finalement détachée parmi plus de 700 000 objets candidats.

Pour calculer sa distance, l’équipe a ensuite analysé son redshift (décalage vers le rouge). En effet, plus un objet s’éloigne de la Terre, plus la longueur d’onde de sa lumière est étirée, se décalant vers l’extrémité la plus rouge du spectre électromagnétique. Ainsi, plus la distance est grande, plus le décalage vers le rouge est important.

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La lumière de HD1. Crédits : Harikane et coll.

Un objet qui interroge

La lumière de HD1 est en effet un peu déroutante. Et pour cause, elle brille étonnamment dans les longueurs d’onde ultraviolettes. Cela suggère qu’un processus très énergétique se déroule en son sein.

Au départ, les chercheurs pensaient qu’il s’agissait d’une forte activité de formation stellaire. Cependant, le nombre d’étoiles devant se former pour produire autant de lumière paraissait énorme. Il en faudrait en effet plus d’une centaine par an, soit dix fois plus que prévu pour une galaxie de l’Univers primordial.

Ce problème pourrait néanmoins être résolu si ces étoiles naissantes intègrent la toute première génération d’étoiles de notre temps : celles de la population III. En effet, ces objets plus massifs, plus lumineux et plus chauds que les étoiles modernes étaient, semble-t-il, capables de produire plus de lumière UV que les étoiles « modernes ». Leur présence pourrait alors clarifier l’extrême luminosité ultraviolette de cette galaxie.

Une seconde hypothèse avance que HD1 pourrait être un quasar, le résultat incroyablement brillant d’un noyau galactique actif expliqué par la présence d’un trou noir supermassif dévorant de la matière avec frénésie en son cœur. Cependant, pour produire la lumière observée, les scientifiques ont calculé que ce trou noir supermassif devrait être au moins cent millions de fois plus massif que le Soleil. Or, une telle taille remettrait sérieusement en question les modèles de croissance de ces objets aussi tôt dans l’univers.

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Illustration d’un quasar. Crédits : DESY, Science Communication Lab

D’autres analyses à suivre

Finalement, déterminer la nature d’une source aussi éloignée sera très difficile, tant sa lumière fut atténuée dans les vastes étendues de l’espace-temps. « Imaginez apercevoir un navire au loin, coincé au milieu d’un coup de vent et d’un épais brouillard. Depuis la terre ferme, vous pourriez alors tenter de deviner son origine en observant son drapeau, mais vous ne pourriez voir que certaines couleurs et formes de ce dernier« , explique l’astrophysicien Fabio Pacucci, du Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. « Ici, c’est un peu la même chose. C’est finalement un long jeu d’analyse et d’exclusion de scénarios invraisemblables« .

L’équipe espère que les futures observations avec le James Webb Telescope, optimisé pour scruter l’Univers primordial, révéleront la nature de cette mystérieuse lumière.

Les détails de l’analyse de cette galaxie et d’une seconde quasi aussi distante nommée HD2 seront bientôt publiés dans The Astrophysical Journal. En attendant, ces travaux sont déjà disponibles sur arXiv, un site de préimpression.