galaxies à haut décalage vers le rouge

L'image d'une galaxie lointaine prise depuis la Terre ressemble à une vue à travers un verre dépoli : l'atmosphère estompe les détails, et la structure interne reste cachée.

Une vieille ville se dote de nouveaux faubourgs. Au centre, des ruelles étroites où la vie s'est presque figée, et en périphérie, un chantier bouillonne. C'est l'image d'une galaxie spirale dont le noyau abrite des étoiles vieillies depuis longtemps, tandis que le disque externe continue de former des étoiles.

Le ciel nocturne semble uniforme, mais il contient en réalité des amas – d'immenses communautés de galaxies qui, comme des lentilles, courbent la lumière des objets lointains. Lorsqu'un sursaut radio bref et puissant se produit quelque part dans l'Univers, son chemin vers un télescope terrestre peut passer près d'un tel amas.

Au cœur d'une vieille ville se dresse une tour avec une horloge que l'on n'a jamais remise à l'heure depuis sa construction. En mesurant son retard, on peut calculer à quel point le temps s'est étiré depuis.

Six coureurs sprintent sur la piste, et les juges mesurent leur vitesse sans remarquer le vent arrière. Le vent souffle dans leur dos, et les chronomètres affichent un meilleur résultat que la réalité.

L'Univers ressemble à une immense charpente invisible. Nous ne la voyons pas directement, mais nous savons qu'elle existe : c'est grâce à elle que les galaxies et les amas tiennent ensemble. Cette charpente, c'est la matière noire. La version la plus populaire dit qu'elle est « froide » et qu'elle est constituée de particules lourdes et lentes.

Dans la galaxie NGC 1052 DF2, les étoiles se déplacent à seulement 8 kilomètres par seconde — comme si aucune masse invisible n'était présente. Pour comparaison, dans notre Voie lactée, les étoiles périphériques atteignent 200 kilomètres par seconde, retenues par un halo massif de matière noire.

Le spectrographe de JWST a capté une infime chute dans le spectre d'une galaxie lointaine — deux raies, telles des ombres laissées par du gaz froid. Ce sont les raies du sodium, cette même lumière jaune des lampadaires. Ici, aux confins de l'Univers visible, elles trahissent un souffle paresseux de la galaxie qui restitue sa matière dans l'espace.

Dans l'Univers jeune, à peine quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, les astronomes observent d'étranges objets : de petits points rouges. Ils sont compacts, rouges, et dans leurs spectres, les larges raies de Balmer trahissent la présence de trous noirs supermassifs.

Le chasseur de lumière ancienne — le télescope James Webb — a pointé ses miroirs vers une parcelle minuscule du ciel et a capté un étrange signal. L'objet, nommé de travail beacon_1420-$$5253_{4770}$$, a brillé puis s'est éteint.

Deux villes ont subi une série d'incendies. Dans l'une, le vent disperse les cendres bien au-delà des faubourgs, et le ciel reste clair. Dans l'autre, les cendres retombent en un voile épais, teintant les couchers de soleil de pourpre.

Il faut presque deux mois au couple stellaire J05+50 pour boucler une orbite autour de leur centre commun. Depuis la Terre, il apparaît comme un point faible dans la constellation d’Hercule, à 4625 parsecs de nous. La photométrie de l’étoile binaire ne montre qu’un lent balancement de luminosité, tel le pouls d’un cœur géant.

Le fond optique du ciel est un palimpseste cosmique, où la lumière de milliards de galaxies non résolues s'empile en couches correspondant à différentes époques. Jusqu'ici, nous ne distinguions que les « lettres » les plus brillantes — les étoiles individuelles et les galaxies proches.

En 2016, les astronomes ont vu l'incroyable : une étoile lointaine, nommée Icare, a brillé pendant quelques semaines, traversant l'abîme de l'espace. C'était l'effet de lentille gravitationnelle — un effet prédit par Einstein : un objet massif courbe l'espace-temps et focalise la lumière, telle une loupe géante.

Dans un gigantesque berceau cosmique — la nébuleuse de la Tarentule — des astronomes ont examiné 122 étoiles massives. Chacune est au moins 30 fois plus lourde que le Soleil. Ils ont mesuré la teneur en azote de leurs atmosphères, et le tableau s'est révélé inattendu.

Dans l'Univers jeune, il y a environ dix milliards d'années, les galaxies ressemblaient à d'immenses champs après l'orage : partout, bouillonnantes, surgissaient d'énormes amas — de mille années-lumière — de formation stellaire, où de jeunes étoiles naissaient avec une énergie débridée.

Quand nous plongeons notre regard dans le cosmos, nous voyons le passé. La loi d'Edwin Hubble transforme le décalage vers le rouge en machine à remonter le temps : la lumière de la galaxie UDS 12999 a mis 7,6 milliards d'années pour nous parvenir — plus de la moitié de la vie de l'Univers.

Lorsque James Webb a scruté l'Univers jeune à des décalages vers le rouge de 6 à 10, il a découvert une multitude de mystérieux « petits points rouges » (LRD). Ces objets combinaient des caractéristiques de galaxies et de noyaux actifs, mais leurs spectres refusaient de s'intégrer dans les schémas habituels.

Chaque sursaut radio rapide est comme un coup de cloche sonore dans le vide. Et dans son tintement qui s'estompe se cache toute la structure de l'espace : sur un trajet de milliards d'années-lumière, l'impulsion radio est légèrement retardée par chaque électron libre rencontré.

Comme un projecteur : de profil, il émet une lumière rouge terne, mais de face, il éblouit en blanc-bleu. C'est exactement ce que sont les mystérieux « petits points rouges » de l'univers primordial : des trous noirs géants tournés vers nous de profil.

Lorsqu'une galaxie lointaine nous envoie sa lumière, celle-ci s'affaiblit avec la distance — et c'est grâce à cet affaiblissement que l'on peut savoir à quelle distance elle se trouve.

L'Univers grandit comme une métropole : les galaxies-gratte-ciel s'élèvent sur une charpente invisible faite de matière noire — sa gravité attire les matériaux de construction. Pendant ce temps, l'énergie noire fait continuellement s'étendre la ville elle-même.

Les galaxies elliptiques sont de paisibles métropoles stellaires à la retraite. Selon toutes les lois, leur lumière devrait être calme, rougeâtre, comme un coucher de soleil. Mais les spectres crient le contraire : dans l'ultraviolet lointain, ces vieilles dames flambent comme des guirlandes de Noël.

L'Univers ressemble à une forêt dense : de près, on voit des arbres-galaxies individuels, regroupés en bosquets, mais de loin, tout se fond en une verdure continue. La limite au-delà de laquelle le cosmos devient homogène s'appelle l'échelle angulaire d'homogénéité — c'est la taille d'une portion de ciel à partir de laquelle les galaxies sont réparties uniformément.

Lorsque le télescope spatial James Webb a plongé son regard dans les profondeurs du temps, les astronomes s'attendaient à voir des galaxies familières. Mais au lieu de cela, les images se sont révélées parsemées d'une multitude de points rouges, brillants et incroyablement compacts.

Le télescope spatial « James Webb » a plongé son regard dans une époque où l'Univers avait moins d'un milliard d'années et y a découvert des centaines d'objets étranges. Petits mais éblouissants, ils brillaient d'un rouge profond — comme des braises incandescentes éparpillées sur le velours noir du cosmos.

Les deux premiers milliards d'années après le Big Bang — une époque où l'Univers ressemblait à un chantier bouillonnant. La matière noire agglomérait le gaz en amas, qui s'embrasait en premières étoiles.

Les images de James Webb ont capté la lueur étonnamment vive des premières galaxies. Un grille-pain dore une tranche en une minute, tandis qu'un four cuit un pain en une heure — le résultat est le même. Dans l'espace, c'est pareil : les jeunes galaxies émettaient une lumière intense rapidement, comme un grille-pain, plutôt que de cuire des étoiles lentement, comme un four.

Parmi les trésors étincelants de l'Univers primordial capturés par James Webb, certains objets ressemblent à des perles de rubis éparpillées sur du velours noir. Ce sont les « petites points rouges » (LRD) — des sources compactes aux spectres rouges abrupts, abritant des trous noirs supermassifs pouvant atteindre cent millions de masses solaires.

Le télescope spatial James Webb a repéré dans les profondeurs du cosmos des objets étonnants : de petits points rouges qui brillent si intensément qu'on dirait un projecteur caché dans une ampoule minuscule.

Un peintre fait un portrait coup de pinceau après coup de pinceau, puis on lui propose un appareil photo avec flash : un clic, et c'est fait. C'est à peu près la transition entre les modèles multi-étapes et les modèles en une étape pour la création d'images de galaxies.

Deux étoiles tournent l'une autour de l'autre, comme des danseurs dans une valse lente. Cette danse n'est pas éternelle : les partenaires se rapprochent progressivement jusqu'à ce qu'ils entrent en collision et fusionnent en un seul corps.

Le télescope James Webb a détecté de nombreuses galaxies brillantes dans l'Univers jeune. Leur lumière ultraviolette n'était presque pas absorbée par la poussière cosmique – contrairement à ce que l'on pensait. Le secret ?

Edwin Hubble et Georges Lemaître ont découvert l'expansion de l'univers il y a près d'un siècle.

Autour de notre Galaxie, telle une couronne invisible, s'étend un nuage de gaz ténu, chauffé à des millions de degrés. On l'appelle le halo galactique. Voir cette lueur directement est difficile : elle émet des rayons X mous, absorbés par l'atmosphère terrestre.

La lumière de la lointaine galaxie du Dragon met plus de sept milliards d'années à nous parvenir. En chemin, elle passe près d'un immense amas de galaxies dont la gravité courbe le trajet de la lumière, comme une lentille. La galaxie nous apparaît donc plus brillante et plus grande qu'elle ne l'est en réalité — comme une loupe agrandit un petit texte.

Dans un jardin où les premières fleurs non seulement s'épanouissent, mais laissent aussitôt tomber leurs graines bien au-delà de la clôture, il y a quelque chose d'incroyablement généreux. Quelque chose de semblable se passait dans l'Univers jeune.

Dans la vaste toile cosmique, le télescope James Webb a aperçu quelque chose d'inhabituel : de minuscules mais brillantes étincelles rouges que les astronomes ont surnommées « petits points rouges ».

Sur une aire de jeux, on vient de lancer le manège. Dans les premières secondes, les enfants s'agglutinent encore, s'accrochent aux barres, et l'ensemble est chaotique. Mais après quelques instants, la force centrifuge les aligne en cercle, donnant au mouvement une forme nette.

Le radiotélescope FAST, en Chine, est une antenne géante de 500 mètres de diamètre, nichée dans un entonnoir naturel au milieu des montagnes.