Des astronomes découvrent un «bébé amas» de galaxies qui pourrait bouleverser les modèles cosmiques

États-Unis - Agence de presse Ekhbary

Des astronomes dévoilent un «bébé amas» de galaxies inattendu dans l'univers primitif

Dans une découverte céleste qui pourrait remodeler notre compréhension de l'évolution de l'univers primitif, des astronomes ont récemment identifié ce qui semble être un «bébé amas» de galaxies – une collection de plus de 66 jeunes galaxies situées dans une région exceptionnellement lointaine de l'espace. Baptisé JADES-ID1, ce protocluster remonte à environ un milliard d'années après le Big Bang, une période extraordinairement précoce dans l'histoire cosmique. Ce qui est particulièrement étonnant, c'est que cet amas, bien qu'en phase de «croissance», apparaît plus mature et plus avancé sur le plan du développement que ce que les modèles cosmologiques actuels prévoient pour une telle époque. Il se positionne ainsi comme un candidat principal pour le protocluster de galaxies le plus lointain et le plus ancien jamais détecté, remettant en question les théories dominantes sur la formation de ces structures cosmiques massives dans l'enfance de l'univers.

La révélation de JADES-ID1 a été rendue possible par les données combinées du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA et de l'observatoire Chandra X-ray. L'analyse de ces données indique que le protocluster possède une masse immense, estimée à environ 20 billions de fois celle de notre système solaire. Alors que la majorité de cette masse est composée de matière noire invisible, l'observatoire Chandra a révélé un vaste nuage de gaz chaud entourant l'amas, brillant intensément dans les longueurs d'onde des rayons X. La présence d'une telle «atmosphère» émettant des rayons X est typiquement une caractéristique des amas de galaxies matures et stables, une qualité inattendue trouvée dans une structure âgée seulement d'un milliard d'années.

Le Dr Ákos Bogdán, astrophysicien au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian et auteur principal de l'étude publiée dans Nature, a déclaré : « JADES-ID1 est vraiment le plus jeune amas doté d'une atmosphère émettant des rayons X. Et cette découverte repousse la frontière des protoclusters X-ray à des époques beaucoup, beaucoup plus anciennes que les exemples précédents ». Il a en outre souligné que l'existence d'une structure aussi massive et avancée si tôt dans l'histoire de l'univers soulève des questions sur l'exhaustivité de notre compréhension des processus de formation cosmique. « Soit nous avons eu une chance extrême [de l'observer], soit nous capturons une région de l'univers qui croît à une vitesse inhabituelle », a-t-il ajouté.

Les amas de galaxies sont des sujets cruciaux en cosmologie, souvent considérés comme des « carrefours » entre l'astrophysique et la cosmologie. Ils servent de laboratoires naturels pour étudier les interactions galactiques, la croissance des trous noirs supermassifs et l'évolution du réseau cosmique. Comprendre comment ces amas s'assemblent à travers de vastes étendues de temps et d'espace éclaire également notre connaissance des paramètres cosmologiques qui façonnent l'univers. Comme l'a commenté le Dr Elena Rasia, astrophysicienne à l'Université du Michigan et non impliquée dans l'étude : « Les amas de galaxies sont souvent désignés comme étant aux 'carrefours' de l'astrophysique et de la cosmologie ». Elle a suggéré que ce protocluster unique, JADES-ID1, pourrait être significatif sous ces deux angles.

Les modèles standard de formation d'amas prédisent qu'une structure de cette ampleur et de cette maturité ne devrait pas exister si tôt dans l'histoire de l'univers. De plus, si JADES-ID1 devait poursuivre sa croissance prodigieuse, il deviendrait éventuellement un amas de galaxies pleinement formé d'une taille anormalement grande. Cependant, la question de savoir si son existence exige réellement une réécriture des manuels reste en suspens. Le professeur Klaus Dolag, astrophysicien computationnel à l'Université Louis-et-Maximilien de Munich, qui n'a pas participé aux études sur JADES-ID1, reconnaît que bien que « nous ne comprenions pas entièrement comment de telles structures peuvent se former et apparaître si avancées si tôt », il pourrait déjà y avoir des indications sur ce qui se passe. Dans une étude antérieure, Dolag et ses collègues ont effectué des simulations d'assemblage de protoclusters se produisant environ un demi-milliard d'années après JADES-ID1, constatant que nombre de ces objets virtuels développaient des atmosphères détectables par rayons X à ce moment-là. De manière cruciale, aucun des plus grands et plus anciens protoclusters de leur étude de 2023 n'est devenu des amas de galaxies surdimensionnés au fur et à mesure que la simulation progressait vers le présent. Au lieu de cela, leur croissance a ralenti à mesure qu'ils mûrissaient et épuisaient leurs réserves de gaz environnant. Si ce comportement s'avère vrai pour JADES-ID1, sa taille précoce et substantielle pourrait être moins mystérieuse.

Néanmoins, le professeur Stefano Borgani, astrophysicien à l'Université de Trieste en Italie, non affilié à ces études, souligne que la détection des rayons X, souvent faibles, de JADES-ID1 et d'autres protoclusters précoces repousse les limites du télescope Chandra. Cela rend difficile pour les chercheurs de mesurer avec précision leur compréhension de ces systèmes extrêmes. « Une compréhension plus claire de la question de savoir si [JADES-ID1] remet en cause notre compréhension actuelle de la formation des structures cosmiques nécessitera d'attendre la prochaine génération de télescopes à rayons X » dotés d'une sensibilité accrue tout en conservant la vision nette de Chandra, a-t-il déclaré. Le Dr Bogdán est d'accord sur la nécessité d'étudier davantage de protoclusters de même époque. « Les prochaines étapes devraient être de trouver plus de systèmes comme celui-ci et de constituer des échantillons plus importants de protoclusters dans l'univers primitif afin de ne pas dépendre d'un seul objet », a-t-il insisté.

Résoudre le mystère de cet « bébé amas » mature promet des avancées significatives quelle que soit l'issue, selon Dolag. « Soit nous apprendrons quelque chose de nouveau sur l'interaction complexe de divers processus physiques façonnant la formation des galaxies – soit nous apprendrons qu'il existe effectivement une faille dans notre modèle de fond général de cosmologie nous amenant à simplifier à l'excès ». La découverte de JADES-ID1 offre une fenêtre unique sur les époques formatrices de l'univers, potentiellement pour affiner nos modèles de formation de structures et les paramètres fondamentaux régissant le cosmos.

Agence de presse Ekhbary