Les premières images de la toile cosmique révèlent une myriade de galaxies naines insoupçonnées

La structure filamentaire du gaz d’hydrogène dans lequel se forment les galaxies, appelée toile cosmique, est l’une des grandes prédictions du modèle du Big Bang et de la formation des galaxies [figure 1]. Jusqu’à présent, la connaissance que nous en avions était limitée à quelques zones particulières, notamment en direction de quasars : ceux-ci agissent comme des phares de voiture, leur puissant rayonnement révélant les nuages de gaz le long de la ligne de visée. Cependant, ces régions sont peu représentatives de l’ensemble des filaments où sont nées la plupart des galaxies, dont la nôtre. Observer directement la faible lueur du gaz formant ces filaments était un Graal, auquel vient d’accéder une équipe internationale dirigée par Roland Bacon, chercheur CNRS au Centre de recherche astrophysique de Lyon (CNRS/Université Lyon 1/ENS de Lyon).

L’équipe a fait le pari de pointer, sur une unique région du ciel pendant plus de 140 heures, le Very Large Telescope de l’ESO, équipé de l’instrument MUSE couplé au système d’optique adaptative du télescope : ensemble, ces instruments forment l’un des systèmes les plus performants au monde3 . La région choisie fait partie du champ ultra profond de Hubble, qui était jusqu’à présent l’image la plus profonde du cosmos jamais obtenue. Mais Hubble vient d’être détrôné puisque 40 % des galaxies découvertes grâce à MUSE n’ont pas de contrepartie dans les images de Hubble.

Il a fallu huit mois, après une planification minutieuse, pour conduire cette campagne d’observation hors norme. Puis une année d’un long processus de traitement et d’analyse des données, qui a permis de révéler pour la première fois la lueur des filaments d’hydrogène, et d’obtenir les images de plusieurs filaments tels qu’ils étaient 1 à 2 milliards d’années après le Big Bang, une époque clé pour comprendre comment les galaxies se forment à partir du gaz de la toile cosmique [figures 2 et 3]. Mais la plus grande surprise est venue lorsque l’équipe a réalisé, grâce à des simulations, que la lueur du gaz provenait d’une population jusqu’alors invisible de milliards de galaxies naines donnant naissance à de nombreuses étoiles4 [figure 4]. Ces galaxies sont trop faiblement lumineuses pour être détectées individuellement avec les moyens actuels, mais leur existence aura d’importantes conséquences pour les modèles de formation de galaxies, conséquences que les scientifiques commencent tout juste à explorer.

Pour en savoir plus sur l’instrument MUSE :

• consultez ce diaporama sur le site de CNRS le Journal.
• retrouvez une sélection de visuels (photos, films) sur la plateformes de CNRS Images.

• 3Lire cette actualité du 1er août 2017 : Grâce à un nouveau dispositif, Muse devient un des instruments les plus puissants jamais construits pour l’astronomie au sol. https://insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/grace-un-nouveau-dispositif-muse-devient-un-des-instruments-les-plus-puissants-jamais
• 4La théorie en vigueur jusqu’à présent prédisait que c’était le fond diffus ultraviolet cosmique (un fond lumineux très faible produit par l’ensemble des galaxies et des étoiles) qui, en chauffant le gaz des filaments, les faisait briller.