Découvertes majeures sur l'étape après le Big Bang

Soupe très chaude

Ces astronomes assurent que ces mini-galaxies "jeunes" - apparues assez rapidement après le big bang - sont le moteur principal d'une transformation capitale : le phénomène dit de "réionisation" cosmique. "Tout juste après le big bang, l'Univers était 'une soupe primordiale', extrêmement chaude, où les éléments de matière, disloqués, étaient mélangés à la lumière", résume Anne Verhamme, chercheuse à l'université de Genève et coauteure de l'étude. "C'était un Univers très énergétique, très chaud, ce qu'on peut prendre comme le synonyme d''ionisé' (NdlR : on y trouve des électrons et des protons car il fait trop chaud pour former des atomes) . Ensuite, 400 000 ans après le big bang, la matière s'assemble pour former des atomes, dans un Univers plus froid, C'est un Univers 'neutre', où les atomes sont stables. Puis, un milliard d'années après le big bang, l'Univers est de nouveau chaud. Il s'est 'réionisé'. Les atomes, briques élémentaires de la matière, sont chargés électriquement (ionisés), ils peuvent être 'cassés' et se baladent un peu partout". Cette réionisation "a eu une grande influence sur le destin de l'Univers, car ce milieu réionisé est aussi devenu transparent, alors qu'un Univers neutre est opaque". L'Univers est devenu transparent aux radiations énergétiques, la lumière peut circuler librement alors qu'elle ne le pouvait pas auparavant. Pour les astronomes, cet univers réionisé est aussi de ce fait plus facilement observable au télescope.

L'équipe de chercheurs pense avoir trouvé la source "de ce chauffage" , de cette ionisation, dans les galaxies "petits pois". Une galaxie est normalement un amas d'étoiles enfouies dans des nuages de gaz. Or, ce gaz absorbe les rayonnements ultraviolets contenant les photons ionisants que les étoiles émettent. Mais ce n'est pas le cas des galaxies "petits pois", de très petite taille et où il y a moins de gaz.

Fusion de galaxies

"Ces galaxies contiennent une énorme quantité d'étoiles jeunes, et produisent énormément de rayonnement ionisant. En plus, comme elles sont très compactes, c'est plus facile de faire des trous dans ce gaz, et plus facile pour les UV et les photons ionisants de s'échapper" , précise Anne Verhamme . "Dans l'Univers actuel, on observe très peu de galaxies 'petit pois', mais notre hypothèse, c'est qu'il y a un milliard d'années, il y en avait beaucoup. Elles ont ensuite fusionné pour former de plus grandes galaxies." C'est en observant la galaxie JO925, située à trois milliards d'années-lumière de la Terre, que l'équipe a déterminé que de telles galaxies peuvent être la source de rayons ionisants. Huit pour cent de ces rayonnements arrivaient à sortir de la galaxie, alors que dans le reste des cas, l'ensemble des photons restent piégés dans le nuage de gaz.

Les télescopes Hubble et James Webb, indispensables pour dévoiler le cosmos

Observer les galaxies "petits pois" et leurs rayonnements ultraviolets aurait été impossible sans le télescope Hubble. Celui-ci se trouve dans l'espace, sur un satellite envoyé par la Nasa en 1990. Un de ses boulots principaux, c'est justement d'observer les rayons ultraviolets. "Sur terre, l'atmosphère nous empêche d'observer les UV , précise l'astronome Anne Verhamme (Université de Genève) . Le seul moyen de les observer, c'est de mettre le télescope sur un satellite, en dehors de l'atmosphère…"Mais Hubble va bientôt mourir de sa belle mort… Et aucun instrument ne pourra donc plus observer les rayonnements ultraviolets dans l'Univers. "Une catastrophe" , juge l'astronome.

Télescopes au Pôle Nord

Hubble sera néanmoins remplacé par le télescope James Webb, qui sera lancé par l'agence spatiale américaine en 2018. James Webb, lui, observera les infrarouges. Et là aussi, cela ne peut se faire qu'en dehors de la Terre. Car sur terre, n'importe quel corps à température ambiante (comme les hommes et les animaux) émet ce type de rayonnement. Les détecteurs des télescopes peuvent donc être facilement perturbés par ceux-ci et doivent être complètement isolés. Certains scientifiques ont d'ailleurs tenté d'installer des télescopes au Pôle Nord, robotisés, afin d'éviter ces perturbations.

Moment des premières galaxies

"Le meilleur moyen est donc de mettre le télescope sur un satellite, dans l'espace", poursuit Anne Verhamme. Avantage de James Webb par rapport à Hubble, il pourra remonter "plus loin" dans l'espace et donc dans le temps, et observer le moment où les premiers objets brillants (étoiles et galaxies) se sont formés. Les caméras infrarouges de James Webb seront indispensables. Au fil de son voyage à travers le temps et l'espace, la lumière au départ visible ou ultraviolette des étoiles adopte des longueurs d'onde plus "rouges" lorsqu'on la perçoit ici et maintenant, après son parcours de près de treize milliards d'années. Presque inconnu jusqu'à alors, l'Univers primitif se dévoilera encore un peu plus.