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

Alors que l’Univers était encore tout jeune, la plupart des galaxies se sont formées. Mais ce que les scientifiques ont été surpris de découvrir, c’est que certaines galaxies massives étaient déjà bien plus matures que ce qu’ils imaginaient dans l’Univers primitif. Leurs résultats, présentés dans un communiqué de l’Observatoire national de la radioastronomie (NRAO, aux États-Unis) ce 27 octobre 2020, font l’objet de plusieurs études publiées dans Astronomy & Astrophysics.

Pour parvenir à cette conclusion, les scientifiques ont tourné le Grand réseau d’antennes millimétriques/submillimétriques de l’Atacama (ALMA, un immense radiotélescope au nord du Chili) vers 118 galaxies lointaines. Les galaxies sont qualifiées de « matures » (par opposition à « primordiales ») lorsqu’elles possèdent une certaine quantité de poussières et d’éléments lourds. Les scientifiques ne s’attendaient pas à en découvrir autant dans les 118 galaxies étudiées.

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Une « poussée de croissance » après le Big Bang

On sait que la Voie lactée a par exemple entamé sa formation il y a de cela 13,6 milliards d’années (l’Univers, lui, est âgé de 13,8 milliards d’années). 1 à 1,5 milliard d’années après le Big Bang, de nombreuses galaxies dans l’Univers auraient connu une sorte de « poussée de croissance », décrit l’Observatoire national de la radioastronomie, ce qui s’est traduit par des propriétés comme les poussières, les éléments lourds et des formes en spirale. C’est vers cette période que les scientifiques regardent pour mieux comprendre la formation des galaxies.

Deux des galaxies observées avec ALMA. La poussière est en jaune et le gaz en rouge.

Source : B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ALPINE team

Les 118 galaxies observées, dans le cadre de cette enquête baptisée « ALMA-ALPINE [CII] », ont connu cette croissance lorsque l’Univers était tout jeune. Mais, surprise, nombre d’entre elles possédaient une quantité de poussière et des éléments lourds que les scientifiques ne s’attendaient pas à trouver. La poussière et les éléments lourds sont interprétés comme le signe que des étoiles se meurent. Les précédents travaux laissaient soupçonner aux chercheurs que les jeunes galaxies sont normalement pauvres en poussières.

Diversité de structures

C’est pourtant une diversité de structures que les auteurs ont pu observer au sein de ces galaxies, un autre signe de leur maturité. « Nous trouvons une gamme de types de galaxies étonnamment large, incluant 40 % qui sont des fusions, 20 % qui sont étendues et dominées par un phénomène de dispersion, 13 % qui sont compactes, 11 % avec des disques en rotation, les 16 % restants étant trop faibles pour être classés. Cette diversité indique qu’un large éventail de processus physiques doit être à l’œuvre à cette époque, avant tout celui des fusions de galaxies », décrivent les auteurs, dans leur étude principale.

Certes, ALMA avait déjà permis à des scientifiques de repérer des galaxies lointaines, comme MAMBO-9. Mais ces découvertes ne suffisaient pas à dire si ces galaxies étaient des phénomènes isolés, ou non. Avec ces nouvelles études, l’idée que les galaxies pourraient bien évoluer plus vite que prévu dans l’Univers jeune devient un peu plus plausible.

L’enjeu est de découvrir comment des galaxies si matures ont pu prospérer dans l’Univers jeune, alors qu’elles n’avaient pas encore eu beaucoup de temps pour produire des étoiles. On ne sait pas non plus, pour l’heure, expliquer la présence de ces disques en rotation. Pour percer ces mystères, les auteurs proposent de pointer ALMA plus longtemps vers certaines de ces galaxies : ainsi, il pourrait être possible de regarder où est logée la poussière. En comparant ces spécimens à d’autres galaxies tout aussi lointaines, il serait aussi possible de voir si l’environnement a pu jouer un rôle dans cette étonnante maturité.