Les représentants du Space Telescope Science Institute (STScI) ont récemment sélectionné les prochaines missions retenues pour la seconde année d’exploitation du James Webb Telescope. Parmi les projets sélectionnés, plusieurs études se chargeront d’enquêter sur l’époque de la réionisation. Mais de quoi s’agit-il précisément et pourquoi cette époque est-elle si importante ?
De « l’âge des ténèbres » à un Univers « transparent »
Dans les premières minutes qui suivirent le Big Bang, les températures étaient si élevées que l’énergie disponible était déjà suffisante pour déclencher des réactions nucléaires. Ce processus, connu sous le nom de nucléosynthèse primordiale, aura abouti à la formation des noyaux d’hydrogène et d’hélium principalement. L’hydrogène était alors l’élément le plus abondant (environ 75% de la matière dans l’Univers primordial). L’hélium représentait environ 25% de cette matière, tandis que les traces d’autres éléments légers, comme le lithium, représentaient moins de 1%.
Par la suite, à mesure que l’Univers se refroidit et dilata, ce gaz commença à se condenser et à former des nuages de matière. Au fur et à mesure que ces nuages s’effondraient gravitationnellement, des régions plus denses émergeaient, donnant alors naissance aux premières étoiles et galaxies. Ces premières étoiles étaient beaucoup plus massives que les étoiles actuelles. Elles étaient aussi beaucoup plus énergétiques, émettant une quantité considérable de rayonnement ultraviolet intense.
Ces photons avaient alors suffisamment d’énergie pour éjecter les électrons des atomes neutres d’hydrogène ou d’hélium. Lorsqu’un électron est arraché à son atome, il devient chargé positivement, formant un ion positif. L’atome sans électron devient quant à lui un ion négatif. Ce processus d’ionisation du gaz neutre par le rayonnement des premières étoiles et galaxies est ce que l’on appelle la réionisation.
Puis, au fur et à mesure que les étoiles se formaient et mouraient, l’Univers devint de plus en plus ionisé. Vers la fin de l’époque de réionisation, il était finalement majoritairement transparent aux photons. Côté calendrier, la question est encore sujette à débat, mais beaucoup s’accordent à dire que cette phase de réionisation aurait débuté environ 400 millions d’années après le Big Bang.
En quoi cette époque est-elle importante ?
Cette époque fut évidemment une période clé dans notre histoire dans la mesure où elle a eu un impact significatif sur la manière dont la lumière et les autres formes de rayonnement se propagent aujourd’hui dans l’Univers. En outre, cette transition se situe aux premiers stades de son histoire, relativement peu de temps après le Big Bang. Son analyse permet donc d’explorer les conditions primordiales du cosmos, notamment sa densité, sa température, sa composition et les processus physiques qui ont façonné son évolution. Enfin, cette période correspond à une époque où les premières étoiles et galaxies se sont formées. Or, ces structures ont joué un rôle essentiel dans l’évolution ultérieure de l’Univers.
