« Je pensais que l’univers jeune était vide » : ce qu’Euclid a isolé au fond du ciel tient en 31 points lumineux

Trente et un. C’est le nombre de quasars vieux de plus de 13 milliards d’années que le télescope spatial Euclid vient d’exhumer aux confins du cosmos observable. Le télescope spatial Euclid de l’Agence spatiale européenne a découvert 31 des quasars les plus anciens jamais trouvés, dont deux de ces noyaux galactiques géants et éblouissants, alimentés par des trous noirs gargantuesques, sont les premiers quasars observés dans l’histoire cosmique. Longtemps, les astronomes ont supposé que l’univers naissant était trop jeune, trop chaotique, pour abriter des monstres pareils. Ces 31 points de lumière prouvent le contraire.

Des records qui remontent à l’aube du temps

Une équipe internationale d’astronomes a annoncé que le télescope Euclid avait repéré 31 quasars, dont les deux plus anciens connus à ce jour, dont la lumière a été émise quand l’Univers, dont l’âge est aujourd’hui estimé à 13,8 milliards d’années, était encore dans sa prime jeunesse : environ 670 millions d’années. Vingt millions d’années. C’est l’écart minuscule qui sépare ce nouveau record du précédent, détenu par le plus vieux quasar jusque-là connu, dont la découverte avait été annoncée par la même équipe en 2021. À l’échelle cosmique, vingt millions d’années, c’est un battement de cils.

Deux objets se détachent particulièrement du lot. Parmi les 31 nouveaux quasars détectés par Euclid, deux se distinguent particulièrement : EUCL J172902.75+641018.1 et EUCL J125308.55+705432.3, affichant des décalages vers le rouge respectifs de 7,77 et 7,69. Ce décalage vers le rouge, ou redshift, fonctionne un peu comme le son d’une sirène qui s’étire quand elle s’éloigne : la lumière d’un objet s’étire elle aussi vers le rouge à mesure qu’il s’éloigne de nous, sous l’effet de l’expansion de l’Univers, et plus cet étirement est marqué, plus l’objet est lointain, et plus on remonte loin dans le temps. Douze de ces 31 quasars franchissent même le seuil symbolique du redshift 7, une zone où très peu d’objets avaient été confirmés jusqu’ici.

L’énigme des trous noirs trop lourds, trop tôt

Le vrai casse-tête ne se cache pas dans le nombre, mais dans la masse. Le trou noir alimentant chacun des 31 objets pèse environ un milliard de fois la masse du Soleil, et c’est bien là le problème : construire quelque chose d’aussi lourd prend du temps, et l’univers primitif en avait très peu. ces trous noirs auraient dû grandir à une vitesse que la physique classique peine à expliquer.

Joseph Hennawi, coauteur de l’étude, ne mâche pas ses mots. « Ces monstres, dont la masse atteint plusieurs milliards de fois celle du Soleil, existaient déjà quand l’Univers était dans son enfance » et « nous ne comprenons toujours pas bien comment ils ont pu devenir si massifs aussi rapidement », dit-il. Le constat s’aggrave à mesure que les instruments progressent. À mesure que des télescopes plus puissants nous permettent de remonter plus loin dans le temps, leurs observations révèlent des galaxies et des objets plus gros et plus évolués que ce que la théorie prédit pour une période aussi précoce de l’histoire de l’Univers. Chaque nouvelle observation ressemble moins à une confirmation qu’à une nouvelle couche de mystère.

Daming Yang, chercheur à l’université de Leyde et auteur principal de l’étude, voit dans ces objets un outil autant qu’une curiosité. « Nous pouvons utiliser les quasars comme des phares pour étudier le gaz situé entre eux et nous et ainsi reconstituer le processus de réionisation de l’Univers au cours de son histoire », raconte M. Yang. Cette période de réionisation correspond au moment où l’Univers, jusque-là plongé dans une sorte de brouillard opaque de gaz d’hydrogène, s’est brutalement éclairci sous l’effet du rayonnement des premières étoiles, galaxies et quasars. Les deux quasars records se situent pile à cette charnière.

Une machine à remonter le temps taillée pour la traque

Avant Euclid, dénicher ce genre d’objet relevait du parcours du combattant. Les quasars de cette époque sont difficiles à trouver : ils sont rares, car peu de galaxies avaient eu le temps de grossir suffisamment, et leur lumière primordiale est à la fois faible et facile à confondre avec celle d’étoiles bien plus proches de nous. Résultat ? Des décennies de recherche pour une poignée de découvertes éparses. Il y a quelques années encore la chasse aux quasars se faisait grâce aux télescopes au sol, mais le lancement d’Euclid en 2023 a « bouleversé le domaine », explique Daming Yang, principal auteur de l’étude, qui souligne qu’en deux ans à peine, Euclid a permis de doubler le nombre d’anciens quasars connus. Ce qui prenait plus d’une décennie de traque tient désormais dans un seul relevé.

La force du télescope tient à sa capacité à couvrir d’immenses portions de ciel, là où le télescope spatial James Webb creuse plus profond mais sur un champ bien plus étroit. Sa capacité à scanner de larges pans du ciel, sans les interférences atmosphériques terrestres, en a fait une puissance inattendue pour l’astronomie du premier univers, complémentaire au regard plus profond mais plus restreint du télescope spatial James Webb. La France n’est pas spectatrice de l’aventure : le CNES contribue au financement des laboratoires impliqués dans VIS, la caméra qui prend des images très nettes du ciel, et NISP, celle qui capte l’infrarouge invisible à l’œil nu.

Un détail mérite qu’on s’y attarde. Sur l’un des 31 quasars, des observations complémentaires ont révélé bien plus qu’un simple point lumineux : une galaxie hôte ensevelie sous la poussière et le gaz, brassant des étoiles à un rythme effréné, offrant un rare aperçu de ce à quoi ressemblaient les galaxies hôtes des premiers trous noirs supermassifs, plus petites et plus chaotiques que les grandes spirales et elliptiques actuelles, mais bien plus riches en matière première pour la formation d’étoiles. Un trou noir géant et une usine à étoiles en pleine ébullition, coexistant dans les tout premiers instants du cosmos : voilà qui remet sérieusement en question l’idée d’un univers jeune, calme et vide.

Sources : lapresse.ca | ici.radio-canada.ca