Les fissures dans la cosmologie devait mettre du temps à apparaître. Mais lorsque le télescope spatial James Webb (JWST) a ouvert son objectif au printemps dernier, des galaxies extrêmement lointaines mais très brillantes ont immédiatement brillé dans le champ de vision du télescope. “Ils étaient tellement stupidement brillants, et ils se sont juste démarqués”, a déclaré Rohan Naidu, astronome au Massachusetts Institute of Technology.
Les distances apparentes des galaxies par rapport à la Terre suggèrent qu’elles se sont formées beaucoup plus tôt dans l’histoire de l’univers que quiconque ne l’avait prévu. (Plus quelque chose est éloigné, plus sa lumière a éclaté il y a longtemps.) Les doutes ont tourbillonné, mais en décembre, les astronomes ont confirmé que certaines des galaxies sont en effet aussi éloignées, et donc aussi primordiales, qu’elles le paraissent. La plus ancienne de ces galaxies confirmées a émis sa lumière 330 millions d’années après le Big Bang, ce qui en fait le nouveau détenteur du record de la plus ancienne structure connue de l’univers. Cette galaxie était plutôt sombre, mais d’autres candidats vaguement rattachés à la même période brillaient déjà, ce qui signifie qu’ils étaient potentiellement énormes.
Comment les étoiles ont-elles pu s’enflammer à l’intérieur de nuages de gaz surchauffés si peu de temps après le Big Bang ? Comment ont-ils pu se tisser à la hâte dans de si énormes structures gravitationnelles ? Trouver des galaxies aussi grandes, brillantes et précoces semble s’apparenter à trouver un lapin fossilisé dans les strates précambriennes. «Il n’y a pas de grandes choses au début. Il faut du temps pour arriver à de grandes choses », a déclaré Mike Boylan-Kolchin, physicien théoricien à l’Université du Texas à Austin.
Les astronomes ont commencé à se demander si la profusion des premières grandes choses défie la compréhension actuelle du cosmos. Certains chercheurs et médias ont affirmé que les observations du télescope enfreignaient le modèle standard de la cosmologie – un ensemble d’équations bien testé appelé le modèle de la matière noire froide lambda, ou ΛCDM, indiquant de manière passionnante de nouveaux ingrédients cosmiques ou des lois gouvernantes. Cependant, il est devenu clair depuis que le modèle ΛCDM est résilient. Au lieu de forcer les chercheurs à réécrire les règles de la cosmologie, les découvertes du JWST amènent les astronomes à repenser la façon dont les galaxies sont fabriquées, en particulier au début cosmique. Le télescope n’a pas encore brisé la cosmologie, mais cela ne signifie pas que le cas des galaxies trop précoces se révélera être tout sauf d’époque.
Des temps plus simples
Pour comprendre pourquoi la détection de galaxies brillantes très précoces est surprenante, il est utile de comprendre ce que les cosmologistes savent – ou pensent savoir – sur l’univers.
Après le Big Bang, l’univers infantile a commencé à se refroidir. En quelques millions d’années, le plasma en ébullition qui remplissait l’espace s’est calmé et les électrons, les protons et les neutrons se sont combinés en atomes, principalement de l’hydrogène neutre. Les choses étaient calmes et sombres pendant une période d’une durée incertaine connue sous le nom d’âge cosmique des ténèbres. Puis quelque chose s’est passé.
La plupart des matériaux qui se sont effondrés après le Big Bang sont constitués de quelque chose que nous ne pouvons pas voir, appelé matière noire. Il a exercé une puissante influence sur le cosmos, surtout au début. Dans l’image standard, la matière noire froide (un terme qui signifie des particules invisibles et lentes) a été projetée dans le cosmos sans distinction. Dans certaines régions, sa distribution était plus dense et, dans ces régions, il a commencé à s’effondrer en touffes. La matière visible, c’est-à-dire les atomes, regroupés autour des amas de matière noire. Au fur et à mesure que les atomes se sont refroidis, ils ont fini par se condenser et les premières étoiles sont nées. Ces nouvelles sources de rayonnement rechargeaient l’hydrogène neutre qui remplissait l’univers à l’époque dite de la réionisation. Grâce à la gravité, des structures plus grandes et plus complexes se sont développées, construisant un vaste réseau cosmique de galaxies.
Les astronomes de l’enquête CEERS, qui utilisent le télescope spatial James Webb pour étudier l’univers primitif, regardent une mosaïque d’images du télescope dans un laboratoire de visualisation de l’Université du Texas, à Austin.
Photographie : Nolan Zunk/Université du Texas à Austin
