Une toile cosmique tissée aux fins fonds de l’Univers

C’était il y a plus de 10 milliards d’années, et l’Univers, encore jeune, commençait à s’activer : de cette époque lointaine nous est parvenue l’image inédite d’une toile de filaments de gaz où sont nées les galaxies, jetant un nouvel éclairage sur leur histoire.

Semblable à une toile d’araignée géante, cette « toile cosmique » est prédite depuis longtemps par le modèle du Big Bang à l’origine de l’Univers il y a environ 13,8 milliards d’années. Il s’agit d’un réservoir de gaz – de l’hydrogène – fournissant le carburant nécessaire à la fabrication des étoiles qui, en s’assemblant, forment des galaxies. C’est donc un élément-clé pour reconstituer leur évolution. Mais il est très difficile à détecter vu sa distance – 10 à 12 milliards années-lumière de la Terre – et sa faible luminosité.

L’instrument MUSE, un assemblage de 24 spectrographes installés sur le Very Large Telescope de l’ESO au Chili, y est parvenu au terme d’une campagne d’observation hors normes, dont les résultats ont paru jeudi dans la revue Astronomy & Astrophysics. L’équipe internationale de MUSE a pointé une unique région du ciel, située dans la constellation du Fourneau de l’hémisphère Sud, pendant plus de 140 heures. Après une année d’analyse des données, les scientifiques ont pu capter une image en 3D révélant une lueur de plusieurs filaments d’hydrogène étalée sur une vaste partie du ciel. Les images de cette toile ont « détrôné » celles du télescope Hubble, qui détenait jusqu’ici « l’image la plus profonde du cosmos jamais obtenue », captée dans la même constellation, souligne le CNRS dans un communiqué.

Semblable à une toile d’araignée géante, la « toile cosmique » est un réservoir de gaz – de l’hydrogène – fournissant le carburant nécessaire à la fabrication des étoiles qui, en s’assemblant, forment des galaxies. Observer directement la lueur des filaments était considéré comme un Graal de la cosmologie, car plus une galaxie est éloignée de la Terre, plus elle est proche du début de l’Univers dans l’échelle du temps. Jérémy Blaizot/projet Sphinx/CRAL/AFP

En cherchant aussi profondément, MUSE a agi comme une machine à explorer le passé, car plus une galaxie est éloignée de la Terre, plus elle est proche du début de l’Univers dans l’échelle du temps. Les filaments de gaz sont ainsi apparus tels qu’ils étaient 1 à 2 milliards d’années « seulement » après le Big Bang, une phase considérée comme initiale dans le développement de l’Univers. « Après un âge sombre à ses tout débuts, l’Univers s’est rallumé et s’est mis à produire énormément d’étoiles », explique Roland Bacon, chercheur du CNRS au Centre de recherche astrophysique de Lyon, qui a dirigé les travaux. « L’une des grandes questions est de savoir ce qui a mis fin aux âges sombres » et a abouti à cette séquence foisonnante, « appelée réionisation », poursuit le chercheur.

Observer directement la lueur des filaments était ainsi considéré comme un Graal de la cosmologie. Car in fine, ce gaz, qui est un résidu du Big Bang, « c’est le fuel, le métronome qui va faire que les galaxies vont se fabriquer et croître pour devenir ce qu’elles sont aujourd’hui », selon Roland Bacon. « Le résultat de cette étude est fondamental, on n’avait jamais vu une émission de ce gaz à cette échelle, essentielle pour comprendre le processus de formation des galaxies », a commenté Emanuele Daddi, chercheur au CEA (Commissariat à l’énergie atomique), qui n’a pas participé à l’étude. Notre Voie lactée aisni que la plupart des galaxies « proches » ne peuvent fournir de telles informations, car elles sont trop âgées et bien moins productives en étoiles que ne l’était l’Univers jeune, souligne cet astrophysicien.

En combinant l’image 3D à des simulations, les auteurs de l’étude ont déduit que la lueur du gaz provenait d’une population jusqu’alors insoupçonnée de milliards de galaxies naines (des millions de fois plus petites que celles d’aujourd’hui). L’hypothèse avancée est qu’elles auraient formé une quantité phénoménale d’étoiles jeunes dont l’énergie aurait « illuminé tout le reste de l’Univers », décrypte Roland Bacon. Ces galaxies naines sont trop faiblement lumineuses pour être détectées individuellement avec les moyens d’observation actuels, mais leur lien probable avec la toile cosmique devrait avoir des conséquences importantes pour comprendre les débuts de la réionisation.

Juliette COLLEN/AFP