Un signal cosmique vieux de 13 milliards d’années révèle un gaz neutre qui a alimenté la naissance des premières galaxies du premier univers
Il y a plus de 13 milliards d’années, alors que les premières formations galactiques commençaient à peine à émerger, des nuages denses de gaz froid fournissaient la matière première nécessaire à la naissance de leurs étoiles. Ce « carburant » primordial, jusqu’alors invisible aux observateurs cosmiques, a désormais été directement détecté par une équipe internationale de scientifiques. Pour la première fois, des chercheurs ont identifié le gaz neutre qui a alimenté la formation d’étoiles dans certaines des plus anciennes galaxies connues, observées lorsque l’Univers avait entre 700 et 800 millions d’années.
Cet horodatage, bien qu’il semble vaste, représente l’enfance du cosmos à l’échelle universelle. Le Big Bang, l’événement qui a créé l’Univers, s’est produit il y a environ 13,8 milliards d’années. Ensuite, l’espace a traversé une longue période, connue sous le nom d’âge sombre, qui a duré des centaines de millions d’années sans la présence d’étoiles ou de galaxies telles que nous les connaissons. Ce n’est qu’après cette période que les premières agglomérations de matière ont commencé à se former, donnant naissance aux étoiles qui ont illuminé l’Univers et, par conséquent, les premières galaxies. Comprendre comment cette transition s’est produite reste l’un des grands mystères de l’astronomie actuelle.
Cette étude innovante, menée par des chercheurs de l’Université de Chiba, au Japon, et dont la publication est prévue dans la célèbre revue The Astrophysical Journal, a utilisé l’observatoire ALMA, situé dans le désert d’Atacama, au Chili. Les scientifiques se sont concentrés sur l’observation de quatre galaxies extrêmement éloignées, à la recherche d’une signature spécifique émise par des atomes d’oxygène neutres. Ce type de traînée lumineuse constitue une preuve directe de la présence de gaz froid, essentiel à la création stellaire.
Jusqu’à présent, les télescopes étaient capables d’identifier les étoiles déjà formées ou les gaz chauds à proximité. Même des avancées telles que le télescope spatial James Webb ont permis d’observer les galaxies des premières époques du cosmos avec une clarté sans précédent. Cependant, le gaz neutre, essentiel au processus de formation des étoiles, restait pratiquement indétectable.
“Nos résultats représentent à ce jour la détection directe la plus lointaine de gaz neutre dans les galaxies”, a déclaré le chercheur Yoshinobu Fudamoto, auteur principal des travaux. Le scientifique a souligné que cette découverte permettra une nouvelle interprétation de nombreuses observations antérieures sur les galaxies primitives.
Le processus d’identification n’a pas été simple. Les chercheurs ont analysé une raie d’émission spécifique, appelée [OI], à 145 micromètres, considérée comme l’un des principaux indicateurs de gaz neutre. Pour garantir l’origine du signal, les résultats ont été comparés à une autre signature spectrale liée exclusivement au gaz ionisé. La conclusion était sans équivoque : la majeure partie des émissions observées provenait de vastes concentrations de gaz neutre, matériau clé pour la construction des étoiles.
Ce qui a surpris les scientifiques, c’est le contenu des galaxies examinées. Ils présentaient des régions gazeuses d’une très haute densité, comparable à celles trouvées dans certaines des galaxies les plus actives de l’Univers contemporain. Cependant, l’émission de rayonnements dans ces systèmes était relativement modeste. Cela suggère que les premières galaxies pourraient avoir fonctionné comme des « usines » stellaires compactes, beaucoup plus concentrées qu’on ne le pensait auparavant.
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La pertinence de cette découverte transcende l’analyse de ces galaxies isolées. Pendant des décennies, les astronomes ont cherché à reconstruire l’évolution du cosmos, depuis un mélange primordial de particules jusqu’au scénario complexe actuel, rempli de galaxies, d’amas et de planètes. On estime que les premières étoiles sont apparues entre cent et deux cents millions d’années après le Big Bang. Ce sont ces pionniers célestes qui ont commencé la production d’éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, ensemençant l’espace de composants qui, des millions d’années plus tard, permettraient la formation de systèmes planétaires et même l’émergence de la vie.
Pour cette raison, chaque nouvelle observation de cette époque lointaine agit comme un voyage dans le temps. La lumière de ces galaxies a voyagé pendant plus de 13 milliards d’années pour atteindre la Terre, permettant aux scientifiques de constater à quoi elles ressemblaient avant l’existence de notre planète et lorsque la future Voie Lactée commençait tout juste à prendre forme.
“Nos travaux établissent la raie d’émission [OI] comme un outil efficace pour étudier un composant gazeux difficile à détecter dans l’Univers primitif, ouvrant ainsi une nouvelle perspective sur le carburant à l’origine de la formation des étoiles”, a déclaré le chercheur Akio Inoue.
Les scientifiques planifient déjà les prochaines étapes de l’enquête. “Notre intention est d’étendre ces observations à un plus grand échantillon de galaxies et, en combinant ALMA avec James Webb et d’autres installations, de construire une vision complète de la façon dont les galaxies se sont formées et ont évolué, depuis l’aube cosmique jusqu’à nos jours”, a déclaré Fudamoto.
La question à laquelle l’équipe cherche à répondre est aussi vieille que l’humanité elle-même : comment l’Univers, d’un nuage chaud et homogène après le Big Bang, s’est transformé en l’agencement spectaculaire de galaxies, d’étoiles et de planètes que nous observons aujourd’hui. Grâce à cette avancée, les astronomes ont découvert une pièce fondamentale de ce puzzle complexe. Le carburant était là depuis le début ; la difficulté était simplement de le détecter.
