La lumière invisible des galaxies : comment un interrogatoire croisé du ciel et des catalogues a révélé un fond infrarouge proche éclatant ✛
Le ciel nocturne semble noir, mais si l'on retire les étoiles et que l'on accumule la lumière longtemps, une lueur ténue apparaît – la lumière totale de toutes les galaxies nées depuis 13,8 milliards d'années. Les astronomes l'appellent la lumière extragalactique de fond. Il y a vingt ans, l'expérience fusée CIBER, en 220 secondes d'observations, a découvert que ce fond, dans le proche infrarouge, scintille plus fortement que ne devraient le produire les galaxies connues. D'où venait cet excès ? C'était une énigme.
La solution est venue lorsque les cartes de CIBER ont été comparées non pas à elles-mêmes, mais aux catalogues de galaxies. Cet interrogatoire croisé du ciel et des galaxies – la corrélation croisée – montre où la lumière se concentre précisément. Les galaxies ont été décomposées en couches, comme en tomographie, en fonction de leur distance. Il s'est avéré que l'excès de luminosité se concentre dans les couches proches – à des distances allant jusqu'à 6 milliards d'années-lumière. Ce ne sont ni des quasars lointains, ni les premières étoiles, mais des galaxies ordinaires et leurs enveloppes invisibles.
La métaphore de l'interrogatoire croisé fonctionne jusqu'au bout : le ciel « répond » à la question du catalogue, et dans la réponse, on entend la voix des structures invisibles. La lumière des galaxies ne se contente pas de s'additionner – elle se concentre vers les amas de matière noire, comme la brume se rassemble autour des lampadaires. Cette brume s'est avérée plus brillante qu'on ne le pensait.
Auparavant, l'excès de fluctuations était expliqué par des erreurs d'étalonnage ou des sources inconnues. Désormais, il est clair qu'une part significative provient de la structure à grande échelle à faible redshift. Cela change l'interprétation de la lumière de fond et aidera les futures missions CIBER-2 et SPHEREx, qui cartographieront tout le ciel avec une bien plus grande précision.
L'interrogatoire croisé du ciel et des galaxies se poursuit. Chaque nouveau catalogue est une question de plus, et l'Univers répond avec toujours plus de détails.
Seulement 220 secondes d'observations avec l'instrument fusée CIBER ont suffi pour révéler un excès significatif de fluctuations que les modèles n'ont pas pu expliquer pendant une décennie.
Dans le roman « La lumière des galaxies lointaines » de Gregory Benford, les astronomes utilisent le rayonnement de fond pour étudier la structure cachée de l'Univers — tout comme ici les corrélations croisées révèlent la lumière invisible des halos.