À quoi ressemblait l’Univers quand il n’y avait pas d’étoiles ?

Les représentations populaires du Big Bang montrent généralement ce qui ressemble à une vaste explosion de lumière. Mais la réalité est bien plus complexe. Lorsque les premières particules sont apparues, elles n’étaient pas encore réunies pour former des molécules, et encore moins des étoiles.

Des chercheurs de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de Taipei, à Taiwan, ont réalisé une étude dans laquelle ils essaient de représenter ce qu’était alors l’Univers, il y a plus de 13 milliards d’années, avant que la moindre étoile n’ait commencé à éclairer.

Simuler le berceau de l’Univers

Ils publient leurs résultats dans la revue The Astrophysical Journal Letters le 30 juillet 2025, et décrivent un environnement bien différent de ce qui était attendu. Ils ont utilisé un logiciel de simulation baptisé GIZMO, et qui sert à modéliser des portions entières de l’Univers. Le tout couplé aux données établies par un projet nommé IllustrisTNG, une sorte de carte dynamique de l’Univers qui montre les mouvements et l’évolution des galaxies.

Avec tout cela en main, les chercheurs ont choisi de se concentrer sur une structure composée de matière noire. Un ensemble d’environ 10 millions de masse solaire, qui serait apparue seulement quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, soit plus ou moins à la même période que les premières étoiles. A partir de là, ils ont pu analyser cette structure et comprendre comment le gaz qui la compose se comportait avant qu’il ne se rassemble pour former des étoiles.

C’est là que les surprises commencent. Les précédents travaux montraient un Univers en gestation, où le gaz dérivait lentement, jusqu’à former des blocs séparés, lesquels finissaient par s’effondrer pour former des étoiles dans une grande explosion. Finalement, ces simulations décrivent un environnement beaucoup plus chaotique.

Des tornades géantes créatrices d’étoiles

Sous l’influence de la matière noire, le gaz forme d’immenses tornades qui se déploient à cinq fois la vitesse du son. Le nuage primordial est ainsi complètement déchiqueté et dispersé en une multitude de petits ensembles. Parmi ces grumeaux stellaires, l’un d’eux est suffisamment massif pour se mettre à former une étoile environ grande comme huit Soleils.

L’étude remet en cause quelques fondamentaux, car les simulations précédentes montraient au contraire un univers plus calme, où, en raison de la forte densité, les étoiles étaient davantage resserrées, et avaient d’énormes quantités de gaz à disposition. Ce qui aurait dû les rendre infiniment plus massives. Ici, au contraire, on se retrouve avec des étoiles plus petites et plus nombreuses, car le gaz a été dissipé par les violentes turbulences.

Si cela est confirmé, ce serait la fin d’un paradoxe qui interroge depuis des décennies. Si les premières étoiles étaient vraiment si massives, elles auraient dû depuis exploser en supernovae, laissant derrière elles des éléments chimiques caractéristiques, mais ces éléments demeurent introuvables. Peut-être parce que ces étoiles n’étaient finalement pas si grosses ? En plus, ces turbulences auraient pu amplifier le champ magnétique, favorisant ainsi la formation des premières galaxies.

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