Un sursaut gamma détecté aux confins de l'Univers dans la galaxie la plus lointaine connue ?

Laurent Sacco

Journaliste

Publié le 15/12/2020

Modifié le 16/12/2020

Il n'y a plus de doute : la galaxie GN-z11, découverte il y a quelques années avec le télescope Hubble, est bien la plus lointaine et la plus ancienne connue à ce jour. On y aurait même observé l'une des plus puissantes explosions possibles dans le cosmos observable, un sursaut gamma, survenue seulement 400 millions d'années après le Big Bang.

Il y a presque un siècle, au cours des années 1920, l'astronome Edwin Hubble est parvenu à démontrer que certaines des nébuleuses, que ses collègues observaient depuis presque deux siècles, ne faisaient pas partie de la Voie lactée mais qu'elles étaient, comme elle, de grandes galaxies contenant des milliards d'étoiles. Découvrant dans la foulée l'expansion de l'Univers observable, il allait donner à Georges Lemaître des raisons supplémentaires de développer son modèle du Big Bang dont il comprenait qu'il était naturellement impliqué par les équations de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

En fait, comme l'a expliqué à plusieurs reprises Jean-Pierre Luminet, Lemaître était en avance de plusieurs décennies sur tout le monde en cosmologie dans les années 1920 et 1930, que ce soit avec la loi que l'on appelle aujourd'hui celle de Hubble-Lemaître, la théorie de la formation des galaxies, la constante cosmologique accélérant l'expansion du cosmos observable et même une théorie quantique du Big Bang.

Une large part du modèle cosmologique moderne se trouve donc dans les travaux de Lemaître, tout aussi largement complétés du point de vue théorique par les travaux du prix Nobel de physique James Peebles.

Les télescopes au sommet du Mauna kea, comme ici, notamment les télescopes de l'Observatoire Keck présentés dans cette vidéo, nous permettent de sonder les secrets du cosmos. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Explore Documentary Films

Voir les premières galaxies

Mais on ne doit pas passer sous silence l'importance des observations. Depuis Hubble et Lemaître, les astronomes cherchent à remonter toujours plus loin dans le passé pour comprendre la naissance des étoiles et des galaxies, multipliant les records grâce à des instruments collectant des photons fossiles dans toutes les longueurs d'onde, des rayons gamma, des kilonovae aux ondes radios des quasars.

La nouvelle frontière est depuis quelque temps celle de l'ère du Cosmos dite des Âges Sombres, et plus principalement en fait, leur fin à l'occasion de la période que l'on appelle la Renaissance cosmique ; elle s'accompagne de la naissance des premières étoiles et de la réionisation du gaz des baryons du Big Bang sous l'effet du rayonnement des jeunes étoiles et aussi des premiers trous noirs massifs accrétant copieusement la matière des courants froids maintenant sur le devant de la scène via le paradigme homonyme expliquant la croissance des galaxies qui les abritent. 

Les observations du satellite Planck nous ont appris que l'Univers observable est âgé d'environ 13,787 ± 0,020 milliards d'années. On pense aujourd'hui que les première étoiles ont commencé leur vie environ 150 millions d'années après le Big Bang et des galaxies étaient déjà bien constituées seulement 100 millions d'années plus tard environ.

Ce qui semble certain aujourd'hui, c'est que la galaxie GN-z11 (dont la découverte avait été annoncée en 2016 à la suite des observations du télescope Hubble) est bien la plus ancienne connue à ce jour et que des instruments -- comme ceux équipant les télescopes Keck I et Subaru sur le Mauna Kea, à Hawaii -- nous la montrent, très partiellement il est vrai, telle qu'elle était il y a environ 13,4 milliards d'années.

En direction de la constellation de la Grande Ourse, il y a relativement peu d’étoiles de notre galaxie, la Voie lactée, si bien que le ciel nous ouvre là de belles fenêtres sur l’Univers. C’est dans l’une d’elles qu’Hubble a débusqué l’objet GN-z11 qui pulvérise le précédent record de distance. © Nasa, Esa, G. Bacon (STScI)

Des sursauts gamma dès la fin des Âges sombres ?

C'est en effet ce que montre aujourd'hui via deux publications dans Nature Astronomy une équipe internationale d'astronomes menés par Linhua Jiang, de l'Institut Kavli d'astronomie et d'astrophysique de l'université de Pékin, et Nobunari Kashikawa de l'université de Tokyo. Les chercheurs ont obtenu dans le proche infrarouge des spectres qui confirment ce dont on se doutait déjà avec les observations de Hubble il y a quatre ans, comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous.

Mais il y a mieux, comme on peut s'en convaincre en prenant connaissance d'une de ces publications dont une version est en accès libre, comme l'autre, dans l'une des célèbres mémoires scientifiques collectives de la noosphère : arXiv.

On le sait, plus un photon a voyagé longtemps dans l'espace en expansion, plus sa longueur d'onde aura été étirée par cette expansion, produisant l'effet d'un décalage spectral vers le rouge. Les astronomes expliquent maintenant que des photons infrarouges provenant de GN-z11 semblent être, à l'origine, ceux d'un flash de lumière important dans l'ultraviolet survenu donc il y a environ 13,4 milliards d'années.

Ce flash a duré quelques minutes et ses caractéristiques laissent penser qu'il s'agit de la pointe émergée d'un sursaut gamma survenu dans GN-z1. Il s'agirait donc d'un sursaut gamma long, le type de GRB (gamma-ray bursts) que l'on pense résulter de l'occurrence de supernovas de type Ib et Ic. Si tel est bien le cas, les chercheurs en concluent que les « résultats suggèrent également que le taux d'événements de type GRB pourrait être très élevé dans l'univers primitif, impliquant une formation rapide de galaxies. Des détecteurs de GRB plus sensibles pourront observer directement ces GRB dans le futur, et sonder l'époque précoce de la réionisation cosmique ».

La galaxie la plus éloignée, GN-z11, pointée par une flèche, est bien visible sur l'image obtenue avec le télescope spatial Hubble. Son spectre dans le proche infrarouge a été déterminé par le télescope Keck. Les raies d'émission du carbone doublement ionisé sont visibles (C III), indiquant un décalage vers le rouge de 10,957. © Université de Tokyo  

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/cosmologie-sursaut-gamma-detecte-confins-univers-galaxie-plus-lointaine-connue-61915/?utm_content=buffer20807&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura&fbclid=IwAR1sAcFjzh12bxP-tLBIgIy010CGuK3MG0MG531rt1qVplCvVAac5krfU0w