Le satellite Planck de l’ESA nous révèle que les toutes premières étoiles de l’univers sont plus tard qu’on ne le pensait, grâce à une estimation plus précise de la réionisation.
Pour comprendre cette nouvelle découverte sur le passé de notre Univers, il est nécessaire de faire un « petit » bond en arrière. Avec la multitude d’étoiles qui peuplent le ciel d’aujourd’hui, difficile de visualiser comment notre Univers vieux de 13,8 milliards était lorsqu’il n’était âgé que de seulement quelques secondes. Imaginez alors une soupe primordiale densément peuplée de particules, principalement des électrons, des protons, des neutrinos et des photons – les particules de lumière.
Dans un environnement aussi dense, l’Univers apparut alors comme une espèce de brouillard «opaque», les particules de lumière ne pouvant parcourir de distances importantes avant de heurter des électrons. En s’élargissant, l’Univers s’est refroidi, le gaz s’est raréfié et, après environ 380 000 ans, on y voyait déjà un peu plus clair. Les collisions de particules ont été sporadiques et les photons pouvaient voyager librement à travers le cosmos.
Aujourd’hui, les télescopes comme Planck peuvent observer ces fossiles de lumière à travers le fond diffus cosmologique; des sortes de fluctuations minuscules qui contiennent une foule d’informations sur l’histoire, la composition et la géométrie de l’Univers. À cette époque, les électrons et les protons se sont réunis pour former des atomes d’hydrogène; la matière devint alors pour la première fois « électriquement neutre », et quelques centaines de millions d’années plus tard, ces assemblages d’atomes ont donné lieu à la toute première génération d’étoiles dans l’Univers.
En se formant, les premières étoiles ont commencé à émettre de la lumière, ce qui a eu pour effet de diviser les atomes neutres : les protons et les électrons. On parle alors d’époque de réionisation, qui représente donc l’époque où un grand nombre d’atomes existant dans l’Univers ont été ionisés par le rayonnement intense de la probable toute première génération d’étoiles à avoir illuminé l’Univers.
Les observations de galaxies très lointaines hébergeant des trous noirs supermassifs nous indiquent que l’Univers s’est complètement réionisé il a environ 900 millions d’années. Le point de départ de ce processus est cependant difficile à déterminer et le sujet était jusqu’alors encore chaudement débattu dans la communauté scientifique. C’est là qu’intervient cette nouvelle découverte.
« Le fond diffus cosmologique peut nous dire quand l’époque de réionisation a réellement commencé et, à son tour, quand les premières étoiles se sont formées dans l’Univers», explique Jan Tauber, chercheur à l’ESA.
Une première estimation de l’époque de réionisation faite en 2003 suggérait que ce processus pouvait avoir commencé tôt dans l’histoire cosmique, lorsque l’Univers n’était âgé seulement que de 200 millions d’années. Un résultat problématique, puisque nous n’avons aucune preuve que des étoiles se sont formées à cette époque, ce qui signifierait l’existence de potentielles sources exotiques qui pourraient avoir causé la réionisation à ce moment-là.
Aujourd’hui, une nouvelle analyse des données provenant d’autres détecteurs de Planck, plus sensibles que tout autre à ce jour, nous suggère que la réionisation a commencé bien plus tard : « Les mesures ont clairement démontré que la réionisation fut un processus très rapide, apparut lorsque l’Univers était âgé d’environ 700 millions d’années » affirme Jean-Loup Puget, de l’Institut d’astrophysique Spatiale à Orsay. « Ces résultats nous aident maintenant à modéliser le début de la phase de réionisation » poursuit-il, « et nous avons également confirmé qu’aucun des autres agents n’était nécessaire, outre les premières étoiles, pour entamer la réionisation de l’Univers».
Cette nouvelle étude localise donc la formation des toutes premières étoiles beaucoup plus tard qu’on ne le pensait jusqu’à présent, ce qui suggère que les premières générations de galaxies sont bien à la portée d’observation des futures installations astronomiques, et peut-être même de certains actuels.
