Le télescope spatial Euclid bat tous les records et déniche 31 quasars primordiaux remontant aux origines du cosmos. Deux d’entre eux réécrivent l’histoire de l’astrophysique.
Pendant quelques millions d’années, une galaxie peut se transformer en le phare le plus puissant de l’Univers tout entier. Ce laps de temps n’est qu’un instant à l’échelle cosmique. Cela se produit lorsque d’énormes quantités de gaz et de poussière tombent vers le trou noir supermassif situé en son centre. Ce phénomène déclenche une libération d’énergie violente. Le point unique devient alors plus lumineux que toute la galaxie hôte, parfois des milliers de fois.
Les astronomes appellent ces objets quasars et, depuis des décennies, ils les traquent dans les régions les plus éloignées du cosmos. Le motif est simple. Les quasars les plus lointains sont aussi les plus anciens. Les observer équivaut à regarder en arrière jusqu’aux origines de l’Univers, lorsqu’ont apparu les premiers trous noirs supermassifs et les premières galaxies.
Le problème, c’est que ce sont des proies insaisissables. À l’époque reculée où se situent ces objets, peu de galaxies avaient eu le temps de croître suffisamment. En conséquence, la lumière qui nous parvient de ces quasars est si faible qu’elle peut facilement se confondre avec celle, bien plus proche, des étoiles de notre propre galaxie.
31 nouveaux quasars dans l’Univers primordiaux
C’est ici qu’intervient Euclid, le télescope spatial de l’ESA lancé en 2023. L’instrument a été conçu précisément pour sonder le ciel en quête d’objets rares et lointains. Son dernier résultat porte sur un record: 31 nouveaux quasars identifiés dans l’Univers primordiaux. Les objets remontent à une époque où le cosmos n’avait que 5 % de son âge actuel.
« Ces premiers quasars remontent à l’aube de l’Univers », explique Daming Yang, chercheur à l’Université de Leyde et auteur principal de l’étude. « Les trouver et les étudier nous aide à comprendre comment ces systèmes gigantesques se sont formés et ont grandi si rapidement. C’est l’un des grands mystères de l’astrophysique encore loin d’être résolu ».
Jusqu’à présent, les rares quasars ancients connus n’étaient que la pointe de l’iceberg. Ils étaient des objets extraordinairement lumineux, et donc plus faciles à repérer, mais ils étaient trop peu nombreux pour pouvoir être étudiés en tant que population. Avec cette découverte, Euclid ne se contente pas d’identifier les cas les plus spectaculaires, mais parvient à cartographier une grande partie de l’ensemble de quasars primordiaux.
« Euclid marque vraiment une étape clé », ajoute Yang. « Avant, nous ne pouvions repérer qu’une poignée de quasars antiques et particulièrement lumineux. Désormais, nous couvrons des zones du ciel bien plus vastes, et nous captons des signaux beaucoup plus faibles. »
« C’est un outil unique pour ce type de traque ».
Deux nouveaux records de distance et de redshift
Parmi les 31 objets découverts, pas moins de 12 présentent un redshift égal ou supérieur à 7. Le redshift est le paramètre qui mesure à quel point la lumière s’est « allongée » en traversant l’Univers en expansion et permet d’estimer la distance. Cette valeur place les corps célestes dans les tout premiers 770 millions d’années de l’histoire cosmique.
Deux d’entre eux, désignés EUCL J172902.75+641018.1 et EUCL J125308.55+705432.3, présentent respectivement des redshifts de 7,77 et 7,69. Il s’agit des valeurs les plus élevées jamais mesurées pour des quasars de cette mission. Les deux objets se trouvent à un peu plus de 13 milliards d’années-lumière de nous. Ils se sont formés au cœur des 670 premiers millions d’années après la naissance de l’Univers.
« Cette découverte dépasse largement le nombre de quasars anciens connus jusqu’à présent », remarque Antonio La Marca, chercheur de l’ESA au sein de l’équipe Euclid. Pour obtenir les dix quasars affichant un redshift égal ou supérieur à 7 identifiés avant cette étude, les astronomes avaient mis plus de dix ans. Euclid en a découvert davantage en seulement douze mois.
« Pour la première fois, l’équipe Euclid a réalisé un véritable recensement des quasars à l’aube de l’Univers », poursuit La Marca. « C’est une avancée importante pour comprendre ces objets à un niveau plus profond ».
Une fenêtre sur l’époque de la réionisation
Le deuxième quasar le plus ancien de la liste a fait l’objet d’une analyse plus approfondie conduite par Silvia Belladitta et ses collègues. Les observations ont montré que l’objet se situe au sein d’une galaxie riche en gaz et en poussière. Là-bas, de nouvelles étoiles se forment à un rythme soutenu. Il s’agit d’un portrait possible de ce à quoi aurait pu ressembler le berceau d’un trou noir supermassif dans l’Univers primitif.
« Les quasars anciens sont des découvertes rares. Ils fascinent en eux-mêmes, mais ils fonctionnent aussi comme de véritables machines à voyager dans le temps. Ils nous permettent d’explorer l’Univers primordial et de comprendre comment la première génération de galaxies s’est formée », commente Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid pour l’ESA.
Pettorino souligne que les capacités d’Euclid n’ont pas d’égal. Le télescope combine une grande couverture du ciel, une profondeur importante, des images nettes et une vision infrarouge spatiale sans précédent. Cela permet d’identifier des objets rares et extrêmement lointains avec une efficacité sans précédent.
Les 31 quasars décrits dans cette étude proviennent de l’Euclid Wide Survey.
Cette cartographie, une fois achevée, couvrira plus d’un tiers du ciel. Il s’agit d’un projet conçu pour révéler les secrets de l’Univers obscur, en analysant sa composition, son histoire et son évolution. L’objectif sera atteint en reconstruisant la structure à grande échelle du cosmos en observant des milliards de galaxies et en mettant en lumière, sur le chemin, des quasars jamais vus auparavant.
