Les scientifiques ont réussi à faire quelque chose que l’on croyait
impossible auparavant : capter un type particulier de signal radio provenant d’une galaxie qui flotte à près de 9 milliards d’années-lumière de la Terre, ont-ils annoncé
lundi dans une revue connue sous le nom
de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nous parlons d’un royaume avec des étoiles, peut-être des
planètes, probablement des trous noirs – tout ce qu’il y a de plus cosmique
– qui existait lorsque l’univers n’avait qu’environ 5 milliards d’années. C’est extrêmement jeune, une époque
bien
antérieure à la matérialisation de notre système solaire
et à l’apparition de la vie telle que nous la connaissons.
C’est la première fois que quelqu’un capte ce type de signal radio, associé
à une longueur d’onde connue sous le nom de raie à 21 cm,
à une distance aussi considérable.
« C’est l’équivalent d’un retour en arrière de 8,8 milliards d’années », a
déclaré dans un communiqué
Arnab Chakraborty, cosmologiste au département de physique de l’Université McGill et
co-auteur d’une étude sur la détection.
Pourquoi nous aimons la raie à 21 cm ?
Peu importe où vous vous trouvez dans l’univers, vous finirez probablement
autour d’une sorte d’hydrogène.
Numéro 1 dans le tableau périodique et numéro 1 dans nos cœurs
(littéralement, car il est présent dans notre sang), l’hydrogène est
considéré comme l’élément le plus abondant de notre
cosmos. Vous le trouverez dans l’eau, dans votre corps, dans l’air et dans
le soleil. L’hydrogène est partout. Et c’est logique.
Les différents éléments sont en fait des combinaisons différentes de protons et d’électrons, et
l’hydrogène possède exactement un de chaque. C’est simple, propre,
l’élément parfait.
Bon, nous allons arrêter de parler de l’hydrogène maintenant. L’hydrogène
étant omniprésent dans notre univers, c’est un
moyen formidable pour déterminer où se trouve chaque chose
et pour comprendre l’évolution du cosmos. Il suffit de suivre l’hydrogène,
gaz d’hydrogène neutre pour être exact.
« Le réservoir d’hydrogène neutre froid et atomique fournit le
carburant de base pour la formation d’étoiles dans une galaxie », écrivent les auteurs de l’étude.
« Comprendre l’évolution des galaxies au cours du temps cosmique
nécessite de connaître l’évolution cosmique de ce gaz neutre ».
Et la
raie à 21 cm
est une longueur d’onde radio émise par un processus
réalisé par nul autre que… l’hydrogène. En fait, lorsqu’elle a été
officiellement inventée en 1951, elle s’appelait littéralement la raie de l’hydrogène.
C’est pourquoi les astronomes pointent leurs radiotélescopes vers le ciel,
captent un grand nombre de signaux de la raie à 21 cm et tentent de
comprendre d’où ils proviennent.
Grâce à la raie à 21 cm, par exemple, nous avons pu admirer
l’étonnante structure en spirale
de la Voie lactée, observer les tenants et aboutissants de notre
voisine galactique
Andromède, et étudier les brumes scintillantes du duo du
nuage de Magellan. Mais ce que ces trois royaumes ont en commun, c’est qu’ils sont juste à côté. Nous vivons dans l’un d’entre eux, et les
deux autres sont également très proches – Andromède n’est qu’à environ 2,5 millions d’années-lumière.
« Une galaxie émet différents types de signaux radio. Jusqu’à présent,
il n’a été possible de capter ce signal particulier qu’à partir d’une
galaxie proche, ce qui limite nos connaissances aux galaxies les plus
proches de la Terre », a déclaré Chakraborty.
Cependant, la raie à 21 cm a parfois permis de jeter un coup d’œil dans les coins les plus reculés de l’univers. Les précédents
détenteurs du record pour ce signal très spécial comprennent des ondes
radio provenant d’une
distance de quelque 5 milliards d’années. Mais rien n’est comparable à la dernière détection de l’équipe, qui
double presque cette distance.
Grâce au radiotélescope géant à ondes métriques situé en
Inde, Chakraborty et ses collègues chercheurs ont capté un signal radio
raie à 21 cm en provenance d’une galaxie située à près de 9 milliards d’années-lumière et portant un petit
nom de robot compliqué – SDSSJ0826+5630 – qui leur a permis d’observer des
éléments tels que la composition du gaz dans cette ménagerie d’étoiles
extraordinairement lointaine.
C’est une image du signal radio de la galaxie lointaine. N’y pensez pas trop. Réalisez simplement que cette image représente quelque chose situé à des milliards d’années-lumière de l’endroit où vous êtes assis. (Crédit : Chakraborty & Roy/NCRA-TIFR/GMRT)
Ils ont notamment constaté que la masse atomique du gaz contenu dans cette
galaxie particulière équivaut à près de deux fois la masse
des étoiles visibles pour nous, ce qui signifie qu’elle est beaucoup plus
brillante qu’on ne le pensait.
La relativité générale frappe à nouveau
« Grâce à un phénomène naturel appelé lentille gravitationnelle, nous avons pu capter un
signal faible à une distance record », a déclaré Chakraborty.
En un mot, l’effet de lentille gravitationnelle désigne la
façon dont la lumière (visible ou non) émanant d’étoiles ou d’autres objets
spatiaux est déformée et déformante lorsqu’elle passe
devant un objet à forte densité gravitationnelle. Il s’agit d’une
conséquence de l’étonnante théorie de la relativité générale d’Einstein,
que vous pouvez lire plus en détail ici.
Dans ce cas, la « lumière » qui subit une lentille gravitationnelle est le
signal de la raie à 21 cm, et l’objet hyperdense est une galaxie entière qui se trouve entre la source du signal et
le télescope de l’équipe d’observation.
« Cela a pour effet d’amplifier le signal d’un facteur 30, ce qui
permet au télescope de le capter », a déclaré dans un communiqué Nirupam Roy, professeur
associé au département de physique de l’Indian Institute of Science et
co-auteur de l’étude.
Illustration montrant la détection du signal d’une galaxie lointaine, soumise à une lentille gravitationnelle. Le décalage vers le rouge indique la distance à laquelle se trouve un objet depuis le point d’observation de la Terre. Des valeurs de décalage vers le rouge plus élevées signifient que quelque chose est plus éloigné. Ce signal se situe autour du décalage vers le rouge z ~1,3. (crédit : Swadha Pardesi)
C’est énorme, car les signaux comme celui-ci commencent généralement à
s’estomper lorsqu’ils voyagent dans le vide spatial, ce
qui fait qu’il est plutôt difficile pour les scientifiques de les capter
avant qu’ils ne disparaissent…
« Cela nous aidera à comprendre la composition des galaxies à des
distances beaucoup plus grandes de la Terre », a déclaré Chakraborty.
Et pour l’avenir, selon l’équipe de recherche, ces résultats démontrent que
la combinaison de la lentille gravitationnelle avec la radioastronomie pourrait un jour dévoiler une foule de secrets sur l’univers primitif. Peut-être
révélera-t-elle un enchevêtrement de pistes cosmiques que nous ne savions
pas qu’il fallait suivre.
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