Lors des premiers jours de l’Univers, une obscurité enveloppante régnait, saturée d’hydrogène qui absorbait la lumière. L’émergence des premières étoiles, éclairant leur environnement de rayons ultraviolets, a marqué le début de la domination de la lumière à l’époque de la réionisation. Cependant, bien avant que les premières étoiles n’éclairent cet espace sombre, une lumière énigmatique, les émissions Lyman-alpha, avait déjà percé ce voile obscur. Une nouvelle recherche, publiée dans Nature Astronomy, apporte enfin des éclaircissements sur cette énigme cosmique.

La forêt de Lyman-alpha

Bien que la lumière ait eu du mal à traverser le gaz opaque qui prévalait dans l’Univers primitif, les astronomes ont tout de même détecté quelques lignes Lyman-alpha avant l’époque de la réionisation. L’origine de ces émissions Lyman-alpha, provenant des atomes d’hydrogène lorsque leurs électrons passent à un état énergétique spécifique, est longtemps restée une question sans réponse.

Ces émissions sont visibles dans le spectre ultraviolet. La forêt Lyman-alpha est le terme utilisé par les astronomes pour décrire les lignes spectrales Lyman-alpha. Cette forêt est constituée d’un ensemble de raies d’absorption provenant de l’hydrogène d’objets célestes lointains. Leur lumière génère la forêt de raies Lyman-alpha lorsqu’elle traverse des nuages de gaz à différents décalages vers le rouge.

La nouvelle recherche, sous le titre « Deciphering Lyman-alpha emission deep into the epoch of reionization » (Déchiffrer l’émission Lyman-alpha à l’époque de la réionisation), et dirigée par Callum Witten de l’Institut Kavli de cosmologie de l’université de Cambridge, au Royaume-Uni, pourrait avoir trouvé la clé.

Révélation du télescope spatial James-Webb

La découverte de lumière provenant d’atomes d’hydrogène dans l’Univers primitif, qui aurait dû être complètement protégée par l’atmosphère neutre immaculée qui a émergé après le Big Bang, est l’une des questions les plus complexes soulevées par les observations antérieures, a déclaré M. Witten dans un communiqué de presse.

Le télescope spatial James-Webb (JWST) émerge comme un acteur clé dans la quête pour comprendre l’origine de ces émissions mystérieuses. Construit avec la capacité de remonter aux premiers jours de l’Univers, le JWST offre des images à haute résolution et haute sensibilité qui révèlent des détails jusqu’alors insoupçonnés. Les observations du JWST ont permis de découvrir que toutes les galaxies d’un échantillon d’émetteurs Lyman-alpha avec un décalage vers le rouge >7 ont des compagnons proches.

Les auteurs affirment que les émissions Lyman-alpha proviennent des fusions galactiques et de la création abondante d’étoiles qu’elles entraînent. Pour vérifier leur théorie, les chercheurs ont effectué des simulations de fusions et d’interactions de galaxies, connues sous le nom d’Azahar. Azahar a démontré que deux choses se sont produites dans ces premières galaxies, à savoir la création d’étoiles et l’accumulation de masse stellaire. L’hydrogène neutre bloquant la lumière a subi une canalisation de l’hydrogène ionisé et la formation de bulles en raison des émissions Lyman-alpha libérées par les étoiles. Les émissions Lyman-alpha ont pu voyager à travers ces bulles et ces canaux.

Révolution dans la compréhension de l’Univers primitif

Les observations du JWST ont également révolutionné la compréhension de l’Univers primitif en révélant des détails invisibles aux télescopes précédents, tels que le télescope spatial Hubble. Les images à haute résolution du JWST montrent des groupes de galaxies plus petites et moins lumineuses autour des galaxies brillantes, créant une toile cosmique vivante où la formation d’étoiles est active. Cette découverte remplace l’ancienne vision d’une grande galaxie par une vision plus complexe d’amas de galaxies interagissant.

Les chercheurs, armés des données du JWST, envisagent des observations plus détaillées de galaxies à différents stades de fusion. Cette approche permettra d’approfondir la compréhension des émissions Lyman-alpha et de valider les implications des simulations. L’étude continue de ces émissions révèle un Univers primitif beaucoup plus dynamique et interactif que ce que l’on pensait auparavant.

Ainsi, les émissions Lyman-alpha inexpliquées sont dues à un taux élevé de fusions de galaxies dans l’Univers primordial.

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