Surprise dans les tréfonds de l'Univers
Publié le 3 Avril 2015
Des observations des télescopes européens Planck et Herschel ont permis de découvrir ce qui semble être les plus anciens amas de galaxies, qui seraient à l'origine des plus grandes structures de l'univers.
Une collaboration d'astrophysiciens européens semble avoir mis la main sur un important chaînon manquant de l'évolution de l'Univers: des galaxies très anciennes et très lointaines qui semblent rassemblées en amas. «Grâce aux deux plus grands observatoires de l'Agence spatiale européenne, les satellites Planck et Herschel, nous avons réussi à observer des objets jamais vus jusqu'ici, avec des concentrations inouïes de galaxies», explique Hervé Dole, professeur de l'université Paris-Sud à l'Institut d'astrophysique spatiale et principal auteur de la publication dans la revue Astronomy and Astrophysics.
Ces observations intéressent les astrophysiciens car elles semblent révéler les précurseurs des plus grandes structures observées dans l'Univers, les amas de galaxies, qui rassemblent des centaines d'objets comme notre galaxie: la Voie lactée. Ces structures géantes sont le résultat de la présence d'immenses quantités de matière noire, un composant 5 fois plus abondant dans l'Univers que la matière classique, visible, qui compose les étoiles et tout ce qui existe sur Terre. Cette matière est dite «noire» car elle résiste à l'observation directe, même si les astrophysiciens observent l'influence de sa masse dans le comportement des galaxies.
Des poussières chauffées par des étoiles
L'existence de cette matière noire est aussi confirmée par les observations du satellite Planck, qui a dressé la carte la plus précise des premières lumières émises quelques centaines de milliers d'années après le big bang, il y a 13,8 milliards d'années. Cette carte de ce qu'on appelle le fond cosmologique détaille les premières inhomogénéités de l'Univers, d'infimes variations de densité de matière et d'énergie qui font que l'Univers est aujourd'hui formé d'îlots de matière au milieu du vide (ces immenses amas de galaxies) plutôt qu'une soupe diluée (quelques atomes par mètre cube) où aucune matière ne se serait accumulée par l'effet de la gravité.
«Nous pensons que les groupes de galaxies lointaines que nous observons, formées quand l'Univers avait 20 % de son âge actuel, sont des proto-amas, qui font le lien entre les inhomogénéités du fond cosmologique cartographiées par Planck et les grandes structures de l'Univers actuel», s'enthousiasme Hervé Dole.
La découverte de ces objets a été rendue possible par le télescope Planck. «L'instrument HFI de Planck a permis de trouver depuis 2011, dans le ciel, 2 000 points très lumineux dans une longueur d'onde caractéristique des poussières chauffées par des étoiles en formation à de très grandes distances», précise l'astrophysicien français. Mais, par manque de résolution, Planck était incapable de voir ce qu'étaient exactement ces «points chauds».
C'est à ce moment qu'intervient le deuxième grand télescope de l'ESA, Herschel, qui a été pointé sur plus de 200 de ces objets et les a observés dans l'infrarouge. C'est lui qui a vu que chaque point lumineux de Planck était en fait formé par des dizaines de galaxies où le rythme de formation d'étoiles est 1 000 fois plus élevé que dans notre Voie lactée aujourd'hui. «Nous avons vu presque à chaque fois une concentration invraisemblable de galaxies très lointaines et très anciennes, c'était une vraie surprise», raconte Hervé Dole.
Avant de crier victoire et d'affirmer qu'il s'agit bien des premiers amas de galaxies connus, les scientifiques européens font encore preuve de prudence, et veulent prouver qu'il ne s'agit pas d'illusions d'optique, comme par exemple des galaxies éloignées les unes des autres mais qui apparaîtraient par hasard dans la même ligne de visée. Même si de premières observations complémentaires, réalisées notamment avec le télescope spatial Spitzer de la Nasa, renforcent l'idée que les galaxies observées sont bien des voisines rapprochées. «Quoi qu'il arrive, nous allons avoir encore beaucoup de travail pour observer et tenter d'en apprendre plus sur ce qui se passe au sein de ces objets exceptionnels», assure Hervé Dole.
