BX442, la grande galaxie spirale qui ne devrait pas exister

Une grande galaxie spirale observée par les télescopes Hubble et Keck rend quelque peu perplexes les astrophysiciens. Âgée de presque 11 milliards d’années, une telle galaxie ne devrait être apparue que des milliards d’années plus tard dans l’histoire du cosmos observable. Visiblement, il nous manque encore des pièces du puzzle de la formation et de l’évolution des galaxies.

Un groupe d’astrophysiciens vient de publier dans Nature un article sur la découverte par Hubble de la galaxie BX442. C’est une grande galaxie spirale, comme il en existe de nos jours tout autour de la Voie lactée. La plus célèbre, outre notre Galaxie qui est aussi une spirale, est sans aucun doute celle d’Andromède. De prime abord, BX442 ne semble rien avoir de particulier. Elle n'est pas même la galaxie la plus lointaine connue, dont le record de distance semble être détenu, jusqu’à présent, par SXDF-NB1006-2.

Alors, pourquoi la découverte de cette grande galaxie spirale fait-elle parler d'elle ? Pour le comprendre, il faut savoir que d’après la théorie de la matière noire froide, les galaxies sont les premières structures apparues dans l’univers. Naines pour la plupart, elles ont ensuite fusionné et se sont assemblé pour constituer des amas de galaxies, lesquels se sont regroupés, aboutissant à la structure filamenteuse ponctuée de vides immenses que l’on observe actuellement.

Les simulations basées sur ce scénario, comme Deus qui fait intervenir l'énergie noire, fonctionnent remarquablement bien, même s'il reste encore quelques désaccords avec les observations. En particulier, on ne comprend pas toujours comment de grandes galaxies ont pu se former très tôt dans l’histoire du cosmos, même si des explications sont plausibles, comme la théorie des courants froids.

La découverte de BX442 entre précisément dans ce cas de figure. Au départ, les astronomes avaient débusqué cette galaxie spirale dans un échantillon de 300 galaxies très lointaines présentes sur des images prises par Hubble. Les mesures indiquaient que l’on voyait BX442 telle qu’elle était voici environ 10,7 milliards d’années.

Or, d’après la théorie et les observations faites jusqu'à présent, il ne s’est pas encore écoulé suffisamment de temps à cette époque pour que l’immense majorité de l’univers observable, né il y a 13,7 milliards d’années, ne soit pas constituée essentiellement de petites galaxies irrégulières, croissant par des captures successives de galaxies naines. De grandes galaxies, et encore plus avec des structures régulières, comme celles des spirales et elliptiques qui sont communes depuis quelques milliards d’années dans l’univers observable, devaient être rares.

BX442 dérange donc clairement les modèles en vigueur. Tellement, d’ailleurs, que les astrophysiciens ont tout de suite pensé à une illusion d’optique causée par deux images d’objets galactiques superposés. Étant donnée la distance, les observations ne montrent pas une image aussi nette que celles des somptueuses galaxies observées par Hubble, que l’on est habitué à voir.

Pour en avoir le cœur net, les astrophysiciens ont entrepris d’utiliser les instruments plus performants du télescope Keck au sol, pour les mesures spectroscopiques. Ces mesures sont essentielles pour affiner les distances et les vitesses de rotation des étoiles présentes dans une galaxie. Avec le spectrographe Osiris, les chercheurs ont étudié les spectres de 3.600 régions des images associées à BX442.

Il a fallu se rendre à l’évidence. Ils étaient bien en présence d’une seule grande galaxie spirale en rotation, déjà bien formée et massive tôt dans l’histoire du cosmos observable.