Dans une galaxie lointaine appelée MACS1149-JD1, située à 13,28 milliards d'années-lumière, les astronomes ont trouvé de l'oxygène qui, à leur avis, pourrait y apparaître à peine 500 millions d'années après le Big Bang. Les scientifiques qui ont écrit un article sur cette découverte dans la revue Nature disent qu'il s'agit de la première découverte d'oxygène à l'échelle de l'âge de l'Univers. De plus, la galaxie découverte par les chercheurs est devenue la galaxie la plus éloignée avec une distance déterminée de manière fiable. Les modèles montrent que les premières étoiles ont commencé à s'y former il y a plus de 13,5 milliards d'années.
Après le Big Bang, des processus complexes ont eu lieu dans l'Univers - les premiers quarks, hadrons et autres particules subatomiques sont nés, et après eux, les premiers atomes sont apparus, qui sont devenus une partie de la matière stellaire primaire. Lorsque la recombinaison de l'hydrogène a eu lieu et que l'univers a commencé à se refroidir, il a plongé dans les «âges sombres». À cette époque, les premières étoiles ne s'étaient pas encore allumées et les quasars n'étaient pas encore nés - noyaux galactiques actifs avec un trou noir supermassif à l'intérieur. Cette ère s'est terminée avec «l'aube cosmique» - l'émergence des anciennes galaxies que nous enregistrons aujourd'hui. Leur recherche est importante pour déterminer comment s'est déroulée l'évolution de l'Univers et des éléments chimiques de base.
Une équipe internationale d'astronomes dirigée par Takuya Hashimoto de l'Université Sanyo à Osaka a observé la galaxie très éloignée MACS1149-JD1 avec le télescope ALMA et a découvert une très faible lueur d'oxygène ionisé. En raison de l'expansion de l'Univers, la longueur d'onde du rayonnement infrarouge initial a plus que décuplé au cours de son voyage dans l'espace. Le décalage vers le rouge de la source a indiqué que le signal enregistré par les scientifiques avait été émis il y a 13,3 milliards d'années, soit seulement 500 millions d'années après le Big Bang. C'est la plus longue distance jamais enregistrée pour l'oxygène, et sa présence indique que les générations précédentes d'étoiles doivent également exister dans cette galaxie.
En plus des émissions d'oxygène enregistrées à ALMA, les chercheurs ont également remarqué des émissions d'hydrogène plus faibles avec le VLT. La distance à la galaxie déterminée à partir de ces observations est cohérente avec celle obtenue à partir de la ligne d'oxygène. Ainsi, MACS1149-JD1 s'avère être la galaxie la plus éloignée avec une distance déterminée de manière fiable et la galaxie la plus éloignée jamais observée sur ALMA ou VLT.
La première image agrandie montre quelle galaxie MACS1149-JD1 a été vue par le VLT de l'ESO; la seconde est de savoir comment le télescope spatial Hubble a vu cette galaxie. Les contours blancs montrent les zones d'oxygène ionisé vues par le télescope ALMA.
«On voit cette galaxie à une époque où l'univers n'avait que 500 millions d'années - et il s'avère qu'à cette époque, il était déjà habité par des étoiles matures», explique Nicolas Laporte, deuxième auteur de l'article.
"Nous pouvons utiliser cette galaxie pour sonder une période antérieure et totalement inconnue de l'histoire spatiale."
Pendant un certain temps après le Big Bang, il n'y avait pas d'oxygène dans l'Univers: il est apparu à la suite de processus de fusion dans les intestins des premières étoiles, puis, lorsque des explosions de supernova se sont produites, il a été dispersé dans l'espace. L'enregistrement de l'oxygène dans MACS1149-JD1 montre qu'à peine 500 millions d'années après le début de l'univers, ces premières générations d'étoiles se sont déjà formées et ont réussi à produire suffisamment d'oxygène. Pour savoir quand les premiers luminaires ont commencé à émerger, les chercheurs ont reconstitué l'histoire des débuts du MACS1149-JD1 à partir de données infrarouges obtenues par les télescopes Hubble et Spitzer. Il s'est avéré que la luminosité observée de la galaxie est bien expliquée par un modèle où le début de la formation des étoiles remonte à une époque seulement 250 millions d'années après le Big Bang. De plus, on croit aujourd'huique les «âges sombres» sont survenus 377 millions d'années après la naissance de l'Univers - c'est-à-dire qu'il faut supposer que MACS1149-JD1 a commencé à se former à l'ère de la recombinaison.
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Ainsi, MACS1149-JD1 amène les scientifiques à se demander quand les premières galaxies sont apparues. L'âge de l'objet qu'ils ont découvert indique qu'ils existaient bien avant l'époque à laquelle nous pouvons maintenant les enregistrer.
Dans le passé, l'oxygène le plus éloigné a été trouvé dans une galaxie née 700 millions d'années après le Big Bang. Sa quantité, selon les estimations des chercheurs, s'est avérée être environ dix fois inférieure à la quantité d'oxygène observée dans le Soleil.
Nikolay Khizhnyak
