Pour la première fois, des signaux émis par les premières étoiles de l’Univers ont été détectés par des astronomes.
La première observation des premières étoiles de l’Univers suggère que leur formation s’est faite environ 180 millions d’années après le Big Bang. Le signal radio utilisé pour faire cette observation, bien qu’indirect, soutient certains modèles théoriques sur l’évolution de l’Univers primitif.
Au début, l’Univers était principalement composé de gaz (principalement de l’hydrogène) et d’un matériau lourd et mystérieux connu sous le nom de matière noire. Au fil du temps, des poches d’hydrogène se sont effondrées pour former les premières étoiles, et de la lumière. Mais personne ne savait quand exactement ces lumières cosmiques se sont allumées, jusqu’à ce qu’une équipe d’astronomes capte un faible signal radio qui a voyagé 13,6 milliards d’années pour atteindre la Terre.
Le signal radio, décrit aujourd’hui dans la revue Nature, nous dit que les premières étoiles se formaient déjà 180 millions d’années après le Big Bang, à cause de la lumière ultraviolette de celles-ci qui a irradié le gaz d’hydrogène qui les entoure, causant un creux révélateur dans le spectre des ondes radio détectées ici sur Terre. Le signal donne aux scientifiques un regard indirect sur la période mystérieuse où l’Univers en était encore à ses balbutiements.
Credit: N.R.Fuller, National Science Foundation
La raison pour laquelle les scientifiques ne savent pas avec certitude quand les étoiles ont commencé à briller est parce que les télescopes traditionnels ne peuvent pas voir aussi loin dans le temps. Et tandis que les théoriciens prédisaient que l’hydrogène gazeux éclairé par la lumière UV pourrait produire un signal radio distinct, personne n’avait été capable de le détecter.
C’est ce qui rend cette nouvelle étude « révolutionnaire », dit Lincoln Greenhill, un radioastronome du Smithsonian Astrophysical Observatory, qui a écrit un éditorial sur l’étude, mais n’a pas participé à la recherche. « Elle comble une lacune dans ce que j’appellerais le record cosmologique. » Pourtant, il avertit que parce qu’il s’agit d’une découverte potentiellement énorme, il sera encore plus important de la reproduire en utilisant différents équipements et analyses. «Nous devons vraiment travailler très fort pour nous assurer que tout va bien», dit-il.
Comme il est difficile de voir si loin dans le temps, une équipe d’astronomes se sont tournés vers les ondes radio pour écouter l’Aube de l’Univers, en utilisant une antenne située en plein désert australien. L’idée imaginait l’hydrogène gazeux flottant à travers les premiers rayons ultraviolets absorbés par l’Univers de la première génération d’étoiles. Cela a transformé le gaz hydrogène, le faisant absorber les radiations laissées par le Big Bang. La transformation a ensuite provoqué une baisse significative dans le spectre des ondes radio qui ont atteint la Terre 13,6 milliards d’années plus tard.
Le signal radio était minuscule, cependant, et notre planète est bruyante, tout comme notre galaxie entière. Donc, pour séparer le signal de tout ce bruit de fond, une équipe d’astronomes a formé leur antenne pendant des centaines d’heures face au ciel pour apprendre quels signaux venaient de près et quels signaux venaient de loin.
Credit: CSIRO Australia
Il y a deux ans, l’équipe a capté le signal qu’ils s’attendaient à trouver. « Depuis lors, nous avons mené toutes sortes de tests pour nous convaincre », explique Raul Monsalve, un cosmologiste expérimental à l’Université du Colorado Boulder et un auteur de l’étude. La synchronisation du signal radio est logique sur la base de modèles théoriques. « Ce sont les premières étoiles qui créent le déclencheur qui nous permettent de voir cette étrange signature spectrale qui est rapportée », reconnaît Greenhill.
Mais il y avait quelque chose d’inattendu dans les résultats: la taille du signal, bien que minuscule, il était plus costaud que prévu. Une explication possible est que le gaz hydrogène peut avoir été plus froid que les modèles envisagés. Cette découverte a produit un deuxième article publié aujourd’hui dans Nature, dans lequel Rennan Barkana, astrophysicien à l’Université de Tel Aviv, propose que l’hydrogène gazeux interagissant avec la matière noire au début de l’Univers pourrait expliquer la température inattendue. Cela signifie que ce nouveau signal radio pourrait aider les scientifiques à sonder de nouvelles propriétés de la matière noire dans l’Univers primitif, et donner aux scientifiques un nouvel indice pour la chercher. « Donc cela va d’être une découverte très importante. Si elle est vérifiée, elle peut-être révolutionnaire », dit Greenhill.
Mais d’abord, la mesure doit être confirmée. D’ailleurs, Greenhill aimerait voir une autre équipe de scientifiques utiliser leurs propres instruments pour reproduire la découverte. « Et si tous les deux voient la même chose, alors, ‘Voila!' » Dit-il.
De son côté, Raul Monsalve partage l’avis de Greenhill : «Maintenant, c’est excitant, bien sûr, mais c’est comme le début d’un processus», dit-il. « Nous sommes impatients d’entendre d’autres expériences. »
