Le télescope spatial Euclid a détecté 31 quasars parmi les plus anciens jamais observés, remontant à moins de 700 millions d'années après le Big Bang, une découverte qui éclaire les origines des trous noirs supermassifs.
Repérer un quasar, c'est déjà un exploit. En trouver 31 d'un coup, nichés aux confins du cosmos, ça relève carrément de l'exploit, et c'est surtout très intriguant. Grâce à sa vision infrarouge et son champ d'observation hors norme, le télescope européen Euclid a réussi en un an ce qui avait pris plus d'une décennie aux astronomes auparavant, ce qui ouvre une fenêtre inédite sur les premières galaxies et les trous noirs supermassifs qui les habitent, à peine 700 millions d'années après le Big Bang.
Comment le télescope spatial Euclid a débusqué les quasars les plus anciens de l'Univers
Un quasar, c'est le cœur électrique d'une galaxie en pleine ébullition. En son centre trône un trou noir supermassif qui, avant d'avaler gaz et poussière, les force à tourner autour de lui à toute vitesse, un peu comme l'eau qui s'engouffre dans une baignoire. Cette matière en rotation frotte violemment sur elle-même et chauffe à blanc, jusqu'à devenir plus lumineuse que toutes les étoiles de sa galaxie hôte réunies. De quoi transformer ces objets en phares cosmiques, visibles depuis des milliards d'années-lumière.
Le problème, c'est que dénicher ces monstres aux confins de l'Univers est un vrai casse-tête. Leur lumière, émise il y a plus de 13 milliards d'années, arrive terriblement affaiblie, et ressemble à un simple point comme n'importe quelle étoile bien plus proche de nous, ce qui brouille les pistes. Pour trier le vrai du faux, les astronomes s'appuient sur le décalage vers le rouge. On peut comparer ça au son d'une sirène qui s'étire quand elle s'éloigne, la lumière d'un objet s'étire elle aussi vers le rouge à mesure qu'il s'éloigne de nous, sous l'effet de l'expansion de l'Univers. Plus cet étirement est marqué, plus l'objet est lointain, et plus on remonte loin dans le temps. Un outil précieux, oui, qui ne suffit toutefois pas à rendre la traque facile. Depuis des décennies, les découvertes restaient rares et éparses.
Mais c'était compter sur Euclid. D'un côté, sa sensibilité infrarouge lui permet de capter une lumière que les autres télescopes ratent : à force d'avoir voyagé et de s'être étirée par l'expansion de l'Univers, la lumière de ces quasars très anciens a justement fini par basculer dans l'infrarouge, invisible à l'œil nu comme aux caméras classiques. De l'autre, son large champ de vision, qui a déjà fait ses preuves, agit comme un objectif grand-angle, capable de scruter d'immenses portions de ciel en une seule fois plutôt que de zoomer sur un point précis. Voilà comment 31 nouveaux quasars ont pu être repérés, dont certains parmi les plus lointains jamais observés, répartis dans deux vastes régions du ciel passées au crible par la mission.
Un voyage de 13 milliards d'années dans le passé
Le vertige, ici, vient surtout du voyage temporel. Quand on sait que la lumière du Soleil met huit minutes à nous parvenir, ce qui fait qu'on le voit toujours tel qu'il était huit minutes plus tôt, imaginez que la lumière de ces quasars a mis plus de 13 milliards d'années à nous atteindre. Les glaçons ont largement fondu, depuis. On les observe tels qu'ils existaient il y a moins de 700 millions d'années après le Big Bang, soit une fraction infime de l'histoire des 13,8 milliards d'années de l'Univers. Euclid ne regarde pas seulement loin, il regarde directement dans le passé, aux tout premiers instants du cosmos.
Ces observations arrivent au bon moment pour éclairer l'époque de la réionisation, ce moment où l'Univers, jusque-là plongé dans une sorte de brouillard opaque de gaz d'hydrogène, s'est brutalement éclairci sous l'effet du rayonnement des premières étoiles, galaxies et quasars. Comme une brume qui se dissipe au lever du jour, ce gaz est devenu transparent, pour enfin laisser la lumière voyager librement à travers le cosmos. En cartographiant de vastes portions du ciel, Euclid aide les chercheurs à comprendre comment la matière noire et l'énergie noire ont façonné cette transition décisive.
Cette traque aux quasars fait partie des objectifs d'Euclid a pour mission de cartographier une immense portion de l'Univers, en observant des milliards de galaxies, pour percer deux grands mystères. D'abord la matière noire, masse invisible qui ne brille pas mais dont la gravité influence la forme et le mouvement des galaxies. Ensuite l'énergie noire, la force mystérieuse qui pousse l'Univers à s'étendre de plus en plus vite, comme si l'espace lui-même gonflait sous l'effet d'un moteur invisible.
La France n'est pas en reste dans cette aventure. Le CNES (Centre national d'études spatiales) contribue au financement des laboratoires impliqués dans VIS, la caméra qui prend des images très nettes du ciel, et NISP, celle qui capte l'infrarouge invisible à l'œil nu. L'agence spatiale française (ESA) gère aussi tout ce qui se passe une fois les données sur Terre. Elle pilote le « segment sol », c'est-à-dire les équipes et infrastructures qui réceptionnent les images envoyées par le télescope, fournit un tiers de la puissance informatique nécessaire pour les analyser, et lance puis supervise l'ensemble des traitements qui transforment ces données brutes en découvertes exploitables. Une implication technique qui place la France au cœur de cette chasse aux vestiges les plus anciens du cosmos.
