La galaxie la plus éloignée découverte

Univers lointain

Exceptionnellement brillant en lumière ultraviolette, la galaxie HD1 pourrait également établir un autre record cosmique.

Cette galaxie a été désignée comme l’objet le plus éloigné du cosmos.

Située à quelque 13,5 milliards d’années-lumière, HD1 n’a existé qu’environ 330 millions d’années après le Big Bang. Cette galaxie lointaine recèle peut-être une autre surprise : des étoiles de population III, les premières étoiles nées dans le cosmos, ou le plus ancien trou noir supermassif jamais découvert.

Ces découvertes sont présentées dans deux articles publiés le 7 avril dans The Astrophysical Journal et dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

HD1 est extrêmement brillante en lumière ultraviolette, ce qui est normalement la preuve qu’une galaxie produit des étoiles à un rythme élevé. Mais les chercheurs ont rapidement réalisé que même si HD1 était une galaxie en combustion, elle créerait plus de 100 étoiles par an.

« C’est au moins 10 fois plus que ce que nous attendons de ces galaxies« , a déclaré Fabio Pacucci, auteur principal de l’étude MNRAS, co-auteur de l’article de découverte dans The Astrophysical Journal, dans un communiqué de presse.

L’équipe s’est donc tournée vers d’autres possibilités qui pourraient expliquer le surplus de lumière ultraviolette de HD1.

Les premières étoiles

L’une des explications possibles du rayonnement ultraviolet de HD1 est que les étoiles produites par la galaxie sont différentes des étoiles ordinaires produites dans les galaxies modernes.

Au tout début de l’univers, après le Big Bang, le gaz primordial était entièrement composé d’hydrogène, d’hélium et d’un peu de lithium et de béryllium. C’est à partir de ces éléments que sont nées les premières étoiles. Connues sous le nom d’étoiles de population III, elles étaient plus massives, plus lumineuses et plus chaudes que les étoiles actuelles. Elles ont également perfectionné le mantra « vivre vite et mourir jeune », se consumant en quelques millions d’années seulement.

Seul problème : les étoiles de population III sont hypothétiques, car leur vie rapide fait qu’aucune preuve directe n’a jamais été repérée. Mais la découverte récente de l’étoile la plus ancienne, Earendel, pourrait s’avérer fructueuse pour les chasseurs d’étoiles de population III – si les études de suivi révèlent que la composition de l’étoile est entièrement composée d’hydrogène et d’hélium.

En attendant, si les étoiles de population III expliquent facilement la luminosité de HD1 dans l’ultraviolet, elles ne sont pas la seule possibilité.

Le plus ancien monstre cosmique

Un trou noir supermassif pourrait également expliquer la luminosité ultraviolette de la galaxie. Si tel est le cas, le trou noir supermassif deviendrait le plus ancien connu, battant le précédent record de quelque 500 millions d’années.

On pense que les trous noirs supermassifs résident au cœur de la plupart des galaxies, mais comprendre comment ces monstres sont devenus si gros si rapidement dans l’univers primitif reste une énigme pour les scientifiques. La physique nous dit que les trous noirs ont besoin de temps pour engloutir suffisamment de matière pour atteindre des proportions supermassives, ce qui signifie que les scientifiques ne s’attendaient pas à les voir si tôt dans la chronologie cosmique.

Mais en 2017, les astronomes ont commencé à trouver ces monstres dans les premières galaxies de l’univers. Des disques de matière entouraient les trous noirs, et la matière en fusion brillait si fort que les galaxies, malgré leurs distances extrêmes, sont encore visibles aujourd’hui.

Ce sont les photons à haute énergie de cette matière en fusion, qui tourbillonnent violemment autour du trou noir, qui pourraient être à l’origine de la luminosité ultraviolette de HD1.

« Se formant quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, le trou noir de HD1 a dû se développer à partir d’une graine massive à une vitesse sans précédent », explique Avi Loeb. Un tel trou noir précoce ne répondra peut-être pas à la question de savoir comment ces objets ont pu devenir si gros si rapidement, mais il permettrait de déterminer avec précision à quel moment ils sont apparus dans l’univers primitif.

Le JWST en action

Pour faire cette découverte lointaine, l’équipe a passé plus de 1 200 heures à observer avec le télescope Subaru, le télescope VISTA, le télescope infrarouge britannique et le télescope spatial Spitzer. Pour vérifier la distance de HD1, l’équipe prévoit d’observer à nouveau la galaxie, cette fois avec le puissant télescope spatial James Webb de la NASA.

Capable de remonter jusqu’aux premières lueurs lumineuses apparues après le Big Bang, le JWST pourra également déterminer quelle théorie explique la brillance ultraviolette de HD1. Et, peut-être, trouver des galaxies encore plus lointaines dans les premiers instants du cosmos.