Des milliards de galaxies naines se cachent dans la « toile cosmique » de l'Univers jeune

Les filaments de gaz qui relient les galaxies entre elles ont été observés à l’aide de l’instrument Muse, tels qu’ils étaient il y a des milliards d’années. Une myriade de galaxies naines se cachent dans ces filaments de l’Univers jeune, et leur découverte peut apporter beaucoup aux recherches sur l’évolution des galaxies.

Des filaments de gaz, longs de millions d’années-lumière, relient les galaxies entre elles. Ils sont extrêmement ténus, mais pourraient bien représenter près de la moitié de la matière ordinaire totale de l’Univers. Car les galaxies naissent dans ces filets gazeux et s’y retrouvent réparties aux quatre coins du cosmos, ce qui forme une gigantesque « toile cosmique » (dont les nœuds sont des amas de galaxie, des trous noirs, des quasars…).

Cette toile relevait toutefois pour l’instant d’une prédiction, par ailleurs récente, très peu observée concrètement dans son ensemble. Voilà qui est dorénavant chose faite, comme le relate une étude parue jeudi 18 mars 2021 dans Astronomy & Astrophysics.

Image d'un des filaments (colorisé en violet) découvert avec l'instrument Muse (image superposée avec le champ profond d'Hubble).

Source : © Roland Bacon, David Mary, ESO et NASA

Pendant plus de 140 heures, cette équipe internationale d’astronomes, issue de Lyon et de Lagrange, a pointé l’instrument MUSE du Very Large Telescope de l’ESO (au Chili) sur une région très spécifique du ciel. Puis, après un processus de traitement de données ayant nécessité un an de travail, cette observation a permis d’obtenir la première observation des filaments qui relient les galaxies — et plus précisément, l’observation des lueurs émises par les atomes d’hydrogène de ces filaments.

La toile cosmique, 1 à 2 milliards d’années après le Big Bang

Pour réussir cette observation, les astronomes n’ont pas fixé une région anodine, mais une zone du champ profond d’Hubble. De fait, l’observation remonte le temps jusqu’à l’Univers jeune : les images obtenues par l’instrument montrent les filaments de gaz tels qu’ils étaient il y a 1 à 2 milliards d’années après sa naissance — le Big Bang. Comme l’expliquent les chercheurs dans un communiqué du CNRS, il s’agit là « une époque clé pour comprendre comment les galaxies se forment à partir du gaz de la toile cosmique ».

Et effectivement, c’est en remontant le temps aux premières émergences galactiques que les astronomes peuvent ensuite retracer l’évolution des galaxies — en reliant le point de départ (les débuts de l’Univers) et l’arrivée (aujourd’hui) — y compris la nôtre.

Pour aller plus loin

Vue d'artiste d'une galaxie massive dans l'Univers jeune. // Source : B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru

Surprise : des galaxies étaient bien plus matures que prévu dans l’Univers jeune

Simulation cosmologique, à partir des données obtenues avec l'instrument Muse, d’un filament composé de centaines de milliers de petites galaxies. À gauche, l'image simule ce que l'on verrait "in situe", à droite, l'image perçue par Muse : on voit que les galaxies se transforment en fond diffus ; mais le filament est bien visible.

Les scientifiques ont justement eu la surprise de découvrir que les lueurs de gaz formant les filaments observés dans l’Univers jeune, et dans cette région profonde, proviennent de toute une myriade « inattendue » de galaxies naines jusqu’ici jamais découvertes. Et il est question de milliards de galaxies naines. « Ces galaxies sont trop faiblement lumineuses pour être détectées individuellement avec les moyens actuels, mais leur existence aura d’importantes conséquences pour les modèles de formation de galaxies, conséquences que les scientifiques commencent tout juste à explorer », expliquent les astronomes.

Les astronomes précisent qu’en cet endroit, le champ profond de l’Univers capturé par Hubble est détrôné par cette étude et l’instrument MUSE, puisque 40 % des galaxies présentent sur les observations n’étaient pas visibles dans le champ d’Hubble. L’instrument MUSE, couplé à l’optique adaptative du Very Large Telescope, fait également preuve, à cette occasion, de son utilité pour la recherche astronomique.