L’observation d’un lointain quasar permet d’étudier les débuts de l’univers
— Actualités du 18 septembre 2018 —
Les quasars sont des noyaux très actifs de galaxies. Dans ces noyaux, un trou noir central extrêmement massif amasse de la matière dans son disque d’accrétion, puis il l’expulse le long des lignes de son champ magnétique. Les énergies sont tellement fortes que les jets de matière d’un quasar peuvent approcher la vitesse de la lumière. Cette matière grimpe à des températures incroyables, à tel point que le quasar et ses jets de gaz sont les sources de lumière les plus intenses jamais détectées. Cela signifie qu’on peut les observer à très grande distance et donc remonter très loin dans l’histoire de l’univers.
Deux articles viennent d’être publiés dans la revue scientifique The Astrophysical Journal. Ils détaillent la découverte d’un quasar très intéressant. La lumière du quasar PSO J352 4034-15 3373 a été émise il y a 13 milliards d’années, quand l’univers était âgé de quelques centaines de millions d’années. Or nos modèles indiquent qu’à cette époque, l’univers était très différent de ce qu’il est aujourd’hui. Les étoiles et les galaxies qui se sont créés à ces dates n’ont donc pas beaucoup de points communs avec les étoiles et les galaxies plus récentes. On observe le quasar PSO J352 4034-15 3373 pour avoir quelques indices sur cette période de l’histoire de l’univers appelée la réionisation.
Pendant sa jeunesse, l’univers était opaque. Pendant quelques centaines de milliers d’années, c’était un ensemble de particules élémentaires. Protons, neutrons et électrons se cotoyaient sans pouvoir créer des atomes. Les premiers atomes d’hydrogène et d’hélium sont apparus grâce au refroidissement de l’univers. Cette époque est appelée la recombinaison. Avec les premiers atomes apparaissent aussi les premières lumières. Après la recombinaison, l’univers est devenu un vaste champ d’hydrogène et d’hélium neutre. Il a fallu attendre 400 millions d’années supplémentaires pour que les premières étoiles et galaxies se créent.
Ces premières étoiles sont des monstres pouvant atteindre 1000 masses solaires. Elles brûlent très vite et meurent dans des explosions gigantesques, donnant naissance aux premiers trous noirs. Le rayonnement de cette première génération d’étoilés ionisent les nuages d’hydrogène environnants. C’est pour cela que cette époque est appeléé réionisation pour cette partie de l’histoire de l’univers. Mais pour le moment, cette chronologie suscite encore des débats.
Le quasar PSO J352 4034-15 3373 est intéressant car il permet de plonger à la fin de cette époque de réionisation. PSO J352 4034-15 3373 n’est pas l’élément le plus ancien à avoir été observé. Pour le moment, l’âge de la galaxie GN-z11 est estimé à 400 millions d’années supplémentaires. Le quasar PSO J352 4034-15 3373 est cependant beaucoup plus lumineux, ce qui en fait un objet d’étude idéal pour les débuts de l’univers. Les images prises du quasar sont trois tâches lumineuses, probablement le disque d’accrétion du trou noir et ses jets de matière. On suppose qu’à l’époque de la réionisation, les galaxies étaient beaucoup plus petites qu’aujourd’hui. Elles ont ensuite fusionnées pendant des milliards d’années pour donner naissance à des immenses structures comme la Voie Lactée.
En mesurant la vitesse d’éjection des gaz du quasar et en étudiant les raies d’absorption de la lumière émise par PSO J352 4034-15 3373, on devrait pouvoir préciser nos modèles sur les débuts de l’univers. Comme l’univers est en perpétuelle expansion, cette ancienne galaxie est maintenant à une quarantaine de milliards d’années-lumière du système solaire. Depuis, elle s’est probablement transformée, a peut être fusionnée ou s’est peut-être éteinte.
Image by NASA [Public domain], via Wikimedia Commons
Sources
