Des astronomes ont observé dans l’Univers des amas d’étoiles si denses que leur masse et leur lumière ont joué un rôle clé dans l’évolution de leur galaxie lors de l’aube cosmique, selon une étude publiée lundi dans la revue Nature.
L’arc des Gemmes cosmiques montre des amas d’étoiles qui étaient liés gravitationnellement lorsque l’Univers n’avait que 460 millions d’années. Il s’agit de la première découverte d’amas d’étoiles dans une galaxie naissante, moins de 500 millions d’années après le Big Bang.
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“C’est impressionnant, nous ne voyons rien de tel dans l’Univers local contemporain”, explique à l’AFP Angela Adamo, professeur au département d’astronomie de l’Université de Stockholm.
L’étude qu’elle a signé avec une équipe internationale a identifié cinq proto-amas globulaires aux caractéristiques remarquables, dans une galaxie naine des premiers âges de l’Univers, soit 460 millions d’années après le Big Bang.
Découvert en 2018 à images Depuis le télescope spatial Hubble, l’arc des Cosmic Gems est alors le plus éloigné jamais observé, à plus de 13,2 milliards d’années-lumière. Nous sommes au milieu de ce qu’on appelle l’ère de la réionisation. (lire la boîte)quand l’intense activité des premières étoiles et galaxies illuminera l’Univers.
Cette aube cosmique est l’un des terrains de jeux du nouveau télescope spatial James Webb, qui possède un œil encore plus aiguisé que celui de Hubble, car il voit plus loin dans l’infrarouge. Là où ce dernier distinguait un faible arc de lumière rouge, le James Webb révèle « une très jeune galaxie, avec de très jeunes amas d’étoiles à l’intérieur », selon Angela Adamo.
« C’est vraiment la première fois que l’on peut observer ce type d’objet à cette distance », et donc à une heure aussi lointaine, note Adélaïde Claeyssens, postdoctorante au département d’astronomie de Stockholm et cosignataire de l’étude.
Cette observation devrait permettre de comprendre « la formation des amas d’étoiles que l’on observe encore dans l’univers proche – et qui sont aujourd’hui très anciens – et leur influence sur la formation des galaxies », ajoute-t-elle.
Un Univers très différent du nôtre
“Dans notre Voie lactée, nous voyons environ 170 amas globulaires, mais il y en avait des milliers”, avant qu’ils ne soient dispersés ou disloqués par l’expansion de la galaxie, note Angela Adamo. Surtout, “les survivants à l’intérieur du disque de la Voie lactée ne pèsent pas grand-chose, avec une masse ‘insignifiante’ par rapport à toutes les étoiles qui le peuplent.”
Alors qu’à l’inverse, les cinq amas d’étoiles observés dans Cosmic Gems Arc sont de véritables poids lourds, représentant ensemble environ 30 % de la masse de la galaxie : « Cela nous indique que l’Univers était très différent », à cette époque, selon l’astronome.
Très denses, ces amas d’étoiles sont chacun concentrés dans un diamètre très petit, inférieur aux quelque quatre années-lumière séparant notre Soleil de son étoile la plus proche, Proxima du Centaure : « Imaginez qu’il y ait un million d’étoiles » dans cet espace, donne en exemple Angela Adamo.
Avec en leur sein des étoiles massives, dont la masse serait 5 000 à 10 000 fois celle du Soleil, selon une étude récente de l’Université de Genève dirigée par la professeure Corinne Charbonnel.
>> À propos de ces étoiles colossales, lisez : Des soleils gigantesques brillaient dans des amas d’étoiles très anciens
Pour ce dernier, « l’intérêt de ce type d’étude est la lentille gravitationnelle (lire l’encadré) qui permet un grand pouvoir de résolution : grâce à lui, les amas globulaires lointains sont visibles », souligne-t-elle à RTSinfo. Corinne Charbonnel – qui n’a pas participé à cette étude – est actuellement en conférence d’astrophysique dans les Dolomites qui traite de ce sujet. GN-z11, la galaxie étudiée par l’astrophysicien, ne bénéficie pas d’un phénomène similaire qui aurait permis de déterminer plus de détails dans cet objet dont la lumière est observée telle qu’elle était 400 millions d’années après la naissance de l’Univers.
“La distance à laquelle se situent ces cinq grands amas laisse penser qu’il s’agit de proto-amas globulaires : ce sont les géniteurs des amas globulaires que l’on peut observer dans notre galaxie, il y a environ 10 à 13 milliards d’années”, ajoute-t-elle. “Plus on remonte dans le temps vers les débuts de l’Univers, plus les galaxies sont compactes et plus les amas sont massifs.” Et de souligner qu’il sera également important de comprendre comment est fabriquée la lentille gravitationnelle qui fait office de loupe : un élément qui en dira aussi davantage sur les objets grossis grâce à elle.
L’influence du rayonnement des étoiles
Angela Adamo rappelle que « ces étoiles massives produisent beaucoup de rayonnement », et que de cette façon, « elles influencent la manière dont les galaxies forment des étoiles et dont le gaz se répartit autour des galaxies ». De la même manière, ces étoiles très massives, à la fin de leur courte vie, ont créé des trous noirs, dont certains pourraient être les objets supermassifs que l’on trouve aujourd’hui au cœur de nombreuses galaxies.
Ces observations ouvrent « une sorte de fenêtre » sur la genèse des galaxies, selon les astronomes participant à l’étude. Pour en savoir plus, il faudra trouver d’autres futurs amas globulaires au moment de l’aube cosmique, et pouvoir les étudier plus en détail.
« Le James Webb aidera à les retrouver », selon le professeur Adamo, mais les astronomes attendent aussi avec impatience l’arrivée du Extremely Large Telescope (ELT) de l’Observatoire européen austral « pour aider à comprendre les processus physiques à l’œuvre dans ces galaxies ». « Encore cinq années d’attente » avant de mieux comprendre ce qui se passait il y a plus de 13,2 milliards d’années. « Nous verrons des galaxies mesurant 300 années-lumière », se réjouit Corinne Charbonnel. Une toute petite distance à l’échelle de notre vaste Univers…
Stéphanie Jaquet et l’AFP
