Depuis Saint-Genis-Laval, des astrophysiciens percent le secret des galaxies les plus discrètes de l'Univers

Elles sont si pâles qu'aucun télescope n'avait réussi à les voir jusqu'ici. Une équipe internationale, où figurent plusieurs chercheurs du Centre de recherche en astrophysique de Lyon (CRAL), installé notamment sur le site historique de l'Observatoire de Saint-Genis-Laval, vient de recenser les galaxies les plus petites et les plus faibles de l'Univers primordial. Leur conclusion, publiée le 2 septembre dans The Open Journal of Astrophysics, bouscule les modèles théoriques en vigueur.

L'étude, dirigée par Hakim Atek, de l'Institut d'astrophysique de Paris, s'appuie sur le télescope spatial James-Webb (JWST) et son programme d'observation GLIMPSE. Jusqu'à présent, la connaissance de la réionisation, cette période où les premières étoiles ont illuminé et ionisé le gaz de l'Univers il y a plus de 13 milliards d'années, reposait presque exclusivement sur les galaxies les plus brillantes, qui ne représentent que 1 à 10 % du total. L'équipe a cette fois plongé dans les 99 % restants, en utilisant l'amas de galaxies Abell S1063 comme une loupe gravitationnelle géante : la masse de cet amas déforme l'espace et amplifie la lumière de sources beaucoup plus lointaines. Résultat, une profondeur d'observation inédite, trois magnitudes de plus que ce qu'atteignait le télescope Hubble.

La surprise vient de la résilience de ces petites structures. Les modèles prévoyaient qu'elles disparaissent tôt, balayées par les vents stellaires et les explosions de supernovae. Rien de tel n'a été observé : leur nombre continue au contraire de croître à mesure que l'on descend en luminosité, sans ralentissement détecté. Chétives prises isolément, elles sont si nombreuses qu'elles dominent l'émission totale de rayonnement énergétique et apparaissent comme les principales responsables de la transparence progressive du gaz intergalactique.

La portée dépasse le seul inventaire cosmique. Une infime fraction de photons ionisants s'échappant de ces galaxies suffirait à expliquer la réionisation, ce qui oblige à revoir les modèles de formation et d'extinction des petites galaxies. Une proportion plus élevée aurait au contraire déclenché le phénomène bien plus tôt que ne le montrent les mesures du fond diffus cosmologique, la lumière fossile du Big Bang.

Le CRAL, unité mixte CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1 et ENS de Lyon, compte une trentaine de chercheurs permanents. Le programme GLIMPSE, fondé sur l'instrument NIRCam du JWST, doit poursuivre l'exploration de ces amas de galaxies pour affiner le recensement de l'Univers le plus lointain jamais observé.