Des scientifiques ont découvert, grâce au télescope spatial James Webb, une ancienne et lointaine galaxie fournissant des indices sur une période de transition cruciale qui aurait permis à l’univers primordial de sortir de ses « âges sombres » plus tôt que ce que l’on pensait jusqu’à présent.
Selon les chercheurs, le télescope – qui observe le passé en scrutant les profondeurs de l’univers – a détecté une galaxie nommée JADES-GS-z13-1, telle qu’elle était environ 330 millions d’années après le Big Bang, survenu il y a environ 13,8 milliards d’années. À titre de comparaison, la Terre est âgée de quelque 4,5 milliards d’années.
On pense que l’univers a connu une expansion rapide dans une fraction de seconde après le Big Bang. Une fois suffisamment refroidi, il a traversé une phase connue sous le nom d’âges sombres cosmiques, au cours de laquelle il était plongé dans un brouillard dense d’hydrogène neutre. Ce fut suivi de l’époque de la réionisation, lorsque la lumière a commencé à percer ce brouillard. Le télescope Webb a trouvé des preuves que la galaxie JADES-GS-z13-1 avait déjà atteint cette phase.
Joris Witstok, astrophysicien au Centre for the Origin of the Universe de l’université de Copenhague et de l’Institut Niels Bohr, a déclaré :
« Le télescope Webb a confirmé que JADES-GS-z13-1 est l’une des galaxies les plus éloignées connues à ce jour. »
Co-auteur principal de l’étude publiée dans la revue Nature, Witstok ajoute :
« Contrairement à d’autres galaxies lointaines, celle-ci montre une signature très nette d’une source puissante de rayonnement ultraviolet à haute énergie, indiquant qu’elle a amorcé le processus de réionisation bien plus tôt que prévu. »
Une énigme encore non résolue
La période où se sont formées les premières étoiles, trous noirs et galaxies est appelée l’aube cosmique. Durant cette phase, les rayons UV émis ont modifié la chimie de l’hydrogène neutre, amorçant un processus de réionisation qui a permis à la lumière de circuler librement, illuminant l’univers.
Kevin Hainline, astrophysicien à l’observatoire Steward de l’université de l’Arizona et co-auteur de l’étude, explique :
« Après le Big Bang, l’univers était un mélange de gaz d’hydrogène et d’hélium ainsi que de matière noire, qui s’est progressivement refroidi. » L’univers est alors devenu totalement opaque aux rayons UV. L’hydrogène flottait sous forme neutre, chaque atome lié à un électron. »
Il ajoute :
« Lorsque les premières étoiles et galaxies se sont formées à partir de ce gaz, les rayons UV émis par les étoiles jeunes et les trous noirs massifs en croissance ont commencé à ioniser l’hydrogène. » « Pendant des centaines de millions d’années, l’univers est passé de l’obscurité à la lumière.»
Les chercheurs indiquent que la lumière détectée par Webb pourrait provenir de la formation intense d’étoiles dans le noyau de la galaxie, ou de la présence d’un trou noir supermassif en croissance, voire d’une combinaison des deux.
La galaxie JADES-GS-z13-1 mesure environ 230 années-lumière de large – des centaines de fois plus petite que la Voie lactée. (Une année-lumière équivaut à 9,5 trillions de kilomètres.)
Lancé par la NASA en 2022 et opérationnel depuis 2023, le télescope James Webb permet une compréhension plus approfondie de l’univers primordial.
Jusqu’à présent, seulement quatre galaxies plus anciennes ont été observées, dont celle qui détient actuellement le record, observée 294 millions d’années après le Big Bang – sans aucune preuve de réionisation.
La découverte surprenante de signes de réionisation dans JADES-GS-z13-1, sous forme d’une bulle d’hydrogène ionisé, a étonné les scientifiques, car on pensait jusqu’alors que ce phénomène avait commencé bien plus tard.