Hubble et Einstein débusquent une galaxie vieille de plus de 13 milliards d'années

Grâce au télescope spatial Hubble et à la relativité générale d'Einstein, des chercheurs ont pu observer une galaxie lointaine qui remonte à l'aube de l'Univers, 500 millions d'années seulement après le Big Bang.

La plus ancienne image de l'Univers dont nous disposons nous est fournie par le bruit de fond électromagnétique laissé par le Big Bang, une sorte de halo de micro-ondes diffus qui ne peut être associé à aucune étoile, galaxie ou objet astronomique précis.

Cela se passait moins de 400.000 ans après le Big Bang, soit une fraction de seconde à l'échelle de notre Univers vieux de 13,7 milliards d'années. Rien ne brille alors, il n'y a aucune étoile, seulement des atomes d'hydrogène qui viennent d'être créés.

Il faut attendre encore près d'un milliard d'années pour avoir une autre image détaillée, mais le paysage a déjà radicalement changé : on trouve des galaxies renfermant des milliards d'étoiles.

Que s'est-il passé entre-temps? Les astronomes peinent à répondre faute de pouvoir démêler le bruit de fond cosmologique des signaux qui leur parviennent du fin fond de l'espace.

Wei Zheng, du département de physique et d'astronomie de l'Université américaine Johns Hopkins, et ses collègues ont apporté un début de réponse en débusquant une galaxie datant d'environ 500 millions d'années après le Big Bang.

Les astronomes ont utilisé la caméra infrarouge à large champ WFC 3 installée en 2009 sur le télescope spatial Hubble. Cet instrument a déjà trouvé plus d'une centaine de galaxies remontant entre 650 et 850 millions d'années après la naissance de l'Univers. Mais au-delà, le signal reçu est si ténu et brouillé que seule une galaxie datant de 500 millions d'années a pu jusqu'à présent être identifiée par cette caméra.

Wei Zheng et son équipe se sont donc tournés vers Albert Einstein et sa théorie selon laquelle des objets très massifs ont un champ gravitationnel tellement fort qu'ils parviennent à faire dévier les rayons lumineux passant à proximité. Et parfois, cette déformation a pour effet d'amplifier l'image perçue par un observateur situé de l'autre côté, un phénomène appelé "lentille gravitationnelle".

Les chercheurs ont donc utilisé Hubble pour chercher des galaxies lointaines cachées derrière des amas de galaxies massifs qui pourraient servir de loupe astronomique.

Après avoir passé au crible douze amas, ils ont trouvé une galaxie lointaine datée de quelque 500 millions d'années après le Big Bang, selon leur étude publiée mercredi dans la revue britannique Nature.

En l'occurrence, le phénomène de lentille gravitationnelle multipliait par quinze la lumière émise par cette galaxie, ce qui leur a permis de l'étudier bien plus précisément qu'à l'aide de moyens conventionnels.

Les auteurs estiment qu'elle est constituée d'une proportion non négligeable de "vieilles étoiles" qui se seraient formées pendant 200 millions d'années pour atteindre une masse équivalant à 150 millions de fois celle de notre Soleil.

Si ce système est représentatif d'autres galaxies primitives, cela impliquerait que la formation d'étoiles était déjà en cours entre 300 et 500 millions d'années après la naissance de l'Univers.

Faute d'échantillons et de moyens de mesures suffisants, il est impossible de l'affirmer, souligne dans un commentaire séparé Daniel Stark, astronome à l'Université d'Arizona à Tucson.

La construction de télescopes terrestres géants devrait toutefois ouvrir, dans la décennie à venir, de nouveaux champs d'exploration.