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EPFL: la réionisation de l'univers après le Big Bang mieux comprise

Une équipe internationale d'astronomes menée par l'EPFL a découvert plus de 250 galaxies primitives, dont les plus petites galaxies naines de première génération jamais observées. Cette découverte fournit des indices importants sur la nature de l'univers primordial.

Avant que la lumière ne le traverse, l'univers était plongé dans l'obscurité. Après le Big Bang et pendant environ un milliard d'années, le cosmos était enveloppé dans un épais brouillard de gaz d'hydrogène qui emprisonnait toute lumière, a indiqué jeudi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).

Mais lors de la formation des premières étoiles, l'hydrogène a commencé à se dissiper à travers un processus appelé "réionisation", et la lumière a pu s'échapper, éclairant l'univers. Cet événement a joué un rôle majeur dans la formation de l'univers tel que nous le connaissons.

Grâce à des observations du télescope spatial Hubble, une équipe d'astronomes emmenée par des chercheurs de l'EPFL a remonté le temps, découvrant plus de 250 des toutes premières galaxies naines. Elle a constaté que celles-ci jouaient un rôle essentiel dans le processus de réionisation, selon ces travaux publiés dans l'Astrophysical Journal.

L'hydrogène et les premières étoiles

La réionisation reste un mystère pour la communauté scientifique. L'univers était toujours très sombre 400 millions d'années après le Big Bang. Des protons et des neutrons s'étaient liés en atomes d'hydrogènes et d’hélium chargés électriquement, ou ionisés. Les ions ont commencé à attirer des électrons et sont devenus des atomes électriquement neutres, créant un épais brouillard qui étouffait la lumière.

Petit à petit, les premières étoiles se sont formées, d'une taille sans doute 30 à 300 fois supérieure à notre propre soleil. Jeunes et gigantesques, elles brillaient d'une lumière intense mais brève, explosant en supernova. Le rayonnement électromagnétique énergétique qu'elles dégageaient, y compris de la lumière ultraviolette, a réionisé les atomes neutres d'hydrogène, et le brouillard s'est levé, laissant la lumière voyager aux confins de l'univers.

Regarder dans le passé

L'équipe d'astronomes dirigée par Hakim Atek, du Laboratoire d'astrophysique de l'EPFL, a découvert plus de 250 galaxies primitives entre 600 et 900 millions d'années seulement après le Big Bang. Les chercheurs ont utilisé le télescope spatiale Hubble pour étudier le plus large échantillon de galaxies naines de très petite taille connues.

L'étude s'est basée sur les images de trois amas de galaxies prises dans le cadre du programme "Frontier Fields" de Hubble, qui comprend 840 orbites sur trois ans et explore les régions les plus distantes de l'espace à l'aide des effets de lentilles gravitationnelles.

"Les amas de galaxies étudiés dans le cadre de Frontier Fields agissent comme de puissants télescopes naturels, et révèlent ces galaxies naines qui seraient autrement invisibles", explique Jean-Paul Kneib, l'un des auteurs de la recherche, cité dans le communiqué de l'EPFL.

Indispensables à la formation de l'univers

Certaines des galaxies découvertes par les chercheurs se sont formées 600 millions d'années seulement après le Big Bang, d'après les calculs de distance de Daniel Schaerer, de l'Université de Genève. Cela fait d'elles certaines des plus faibles galaxies jamais observées par Hubble durant cette époque cosmique. Mais la lumière accumulée émise par ces très nombreuses galaxies naines pourrait avoir joué un rôle majeur dans la réionisation.

En observant le rayonnement ultraviolet des galaxies découvertes par cette recherche, les astronomes ont pu calculer si certaines d'entre elles étaient impliquées dans la réionisation de l'hydrogène. L'analyse des chercheurs a déterminé pour la première fois avec une bonne certitude que les galaxies les plus petites et les plus répandues de cette étude étaient en fait indispensables au processus de formation de l'univers.

"Les galaxies brillantes et massives ne sont pas suffisantes pour expliquer la réionisation", conclut Hakim Atek. Nous devons prendre en compte l'apport d'un plus grand nombre de galaxies naines". Ces travaux ont été menés en collaboration avec des chercheurs français, britanniques, américains et sud-africains.

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