Ces énormes galaxies restées invisibles pourraient aider à comprendre les trous noirs

Une immense population de galaxies massives a été découverte dans l’univers primitif. Elles étaient jusqu’ici restées invisibles, ont rapporté des scientifiques dans la revue Nature le 7 août 2019. Grâce à elles, il pourrait être possible d’en savoir davantage sur les trous noirs supermassifs ainsi que sur l’hypothétique matière noire.

« Une telle abondance de galaxies massives et poussiéreuses dans l’univers primitif remet en cause notre compréhension de la formation des galaxies massives », écrivent les auteurs de l’étude. Ces galaxies, invisibles jusqu’à présent, sont sans doute les aïeules d’amas actuels de galaxies. Elles sont bien différentes de celles que nous connaissons aujourd’hui : si notre système solaire était à l’intérieur de l’une d’elles, nous verrions un ciel nocturne inhabituel. Il serait composé d’étoiles proches très grandes et brillantes, devant un arrière-plan sombre et vide.

La galaxie Messier 104, observée par Hubble.

Source : Wikimedia/CC/NASA/JPL-Caltech and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA), photo recadrée

Grâce au rayonnement ultraviolet, la communauté scientifique a appris beaucoup de choses sur la formation des étoiles dans l’univers lointain — notamment avec le télescope spatial Hubble. Cependant, « cette population de galaxies [ndlr : celles qu’on a déjà découvertes de cette façon] sous-représente les galaxies les plus massives, celles qui sont les plus riches en poussières et/ou en vieilles populations d’étoiles », constatent les auteurs, qui s’interrogent sur « l’abondance réelle des galaxies massives » dans cet univers primitif (l’univers observable très ancien).

Que peuvent nous apprendre ces géantes ?

Dans cette étude, les chercheurs présentent la découverte de 39 anciennes galaxies massives formant des étoiles à un taux impressionnant (l’équivalent d’environ 200 masses solaires formées par an). « C’est la première fois qu’une population aussi nombreuse de galaxies gigantesques est confirmée pendant les premiers 2 milliards d’années de la vie de l’univers, âgé de 13,7 milliards d’années. Elles étaient auparavant invisibles. Cette découverte va à l’encontre des modèles actuels pour cette période d’évolution cosmique », commente Tao Wang, astronome à l’université de Tokyo et co-auteur de l’étude, dans un communiqué.

Ces immenses galaxies sont une aubaine pour étudier l’évolution des trous noirs supermassifs. Les trous noirs sont des régions de l’espace où le champ gravitationnel empêche toute matière qui y pénètre de pouvoir en ressortir, même la lumière. Certains sont qualifiés de supermassifs, lorsque leur masse équivaut au moins à un million de masses solaires ou plus (beaucoup plus pour certains spécimens). À l’heure actuelle, on soupçonne que chaque grande galaxie possède en son cœur un trou noir. Logiquement, plus une galaxie est massive, plus son trou noir devrait l’être aussi. Étudier les 39 galaxies découvertes pourrait aider à mieux comprendre comment ces trous noirs ont évolué.

L'observatoire ALMA au Chili.

Source : P. Horálek/ESO (photo recadrée)

Les scientifiques espèrent aussi en savoir davantage sur l’énigmatique matière noire, une substance hypothétique. Sa présence servirait à expliquer la stabilité des galaxies, éclaire le CERN (le laboratoire européen pour la physique des particules). Un lien endroit entre la répartition de cette matière invisible et ces galaxies massives pourrait donc exister — et peut-être amener les chercheurs à revoir leurs théories.

Pourquoi sont-elles restées invisibles ?

Comment ces galaxies invisibles ont-elles enfin été découvertes ? Leur lumière était bien trop faible pour être repérée par Hubble (et encore moins pour être visible pour les astronomes). C’est grâce à ALMA, le « Grand réseau d’antennes millimétrique/submillimétrique de l’Atacama », que les observations de ces galaxies se trouvant à 10 milliards d’années-lumière ont été rendues possibles. Ce radiotélescope, installé au nord du Chili, est formé par un vaste réseau de 66 antennes. Il a notamment contribué à imaginer pour la première fois un trou noir. La vision d’ALMA est 10 fois plus précise que celle d’Hubble.

Comme Hubble, ALMA a des limites et ne peut pas permettre de connaître la composition chimique de ces galaxies. Le télescope spatial James-Webb, qui doit être lancé dans l’espace en mars 2021, pourrait aider à comprendre de quoi sont constitués ces 39 majestueux et anciens groupes d’étoiles.