De nouveaux résultats du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA suggèrent que la formation des premières étoiles et galaxies dans l'Univers primitif a eu lieu plus tôt qu'on ne le pensait auparavant. Une équipe européenne d'astronomes n'a trouvé aucune preuve de la première génération d'étoiles, connues sous le nom d'étoiles de la population III, aussi loin que lorsque l'Univers n'avait que 500 millions d'années.

L'exploration des toutes premières galaxies reste un défi de taille pour l'astronomie moderne. Nous ne savons pas quand ni comment les premières étoiles et galaxies de l'Univers se sont formées. Ces questions peuvent être abordées avec le télescope spatial Hubble grâce à des observations d'imagerie en profondeur. Hubble permet aux astronomes de visualiser l'Univers à moins de 500 millions d'années du Big Bang.

Une équipe de chercheurs européens, dirigé par Rachana Bhatawdekar de l'Agence spatiale européenne, a entrepris d'étudier la première génération d'étoiles dans l'Univers primitif. Connu sous le nom d'étoiles de la population III, ces étoiles ont été forgées à partir du matériau primordial qui a émergé du Big Bang. Les étoiles de la population III doivent avoir été fabriquées uniquement à partir d'hydrogène, hélium et lithium, les seuls éléments qui existaient avant que les processus dans les noyaux de ces étoiles puissent créer des éléments plus lourds, comme l'oxygène, azote, carbone et fer.

Bhatawdekar et son équipe ont sondé l'Univers primitif d'environ 500 millions à 1 milliard d'années après le Big Bang en étudiant l'amas MACSJ0416 et son champ parallèle avec le télescope spatial Hubble (avec des données à l'appui du télescope spatial Spitzer de la NASA et du Very Large au sol Télescope de l'Observatoire européen austral). "Nous n'avons trouvé aucune preuve de ces étoiles de la population III de première génération dans cet intervalle de temps cosmique", a déclaré Bhatawdekar à propos des nouveaux résultats.

Le résultat a été obtenu à l'aide de la caméra à champ large 3 et de la caméra avancée pour les levés du télescope spatial Hubble, dans le cadre du programme Hubble Frontier Fields. Ce programme (qui a observé six amas de galaxies lointains de 2012 à 2017) a produit les observations les plus profondes jamais faites des amas de galaxies et des galaxies situées derrière eux qui ont été amplifiées par l'effet de lentille gravitationnelle, révélant ainsi des galaxies 10 à 100 fois plus faibles que toutes celles précédemment observées. Les masses des amas de galaxies au premier plan sont suffisamment grandes pour courber et amplifier la lumière des objets plus éloignés derrière eux. Cela permet à Hubble d'utiliser ces loupes cosmiques pour étudier des objets qui dépassent ses capacités opérationnelles nominales.

Bhatawdekar et son équipe ont développé une nouvelle technique qui supprime la lumière des galaxies brillantes de premier plan qui constituent ces lentilles gravitationnelles. Cela leur a permis de découvrir des galaxies avec des masses plus faibles que jamais observées auparavant avec Hubble, à une distance correspondant au moment où l'Univers avait moins d'un milliard d'années. A ce moment du temps cosmique, le manque de preuves de populations stellaires exotiques et l'identification de nombreuses galaxies de faible masse soutiennent la suggestion que ces galaxies sont les candidats les plus probables pour la réionisation de l'Univers. Cette période de réionisation dans l'Univers primitif est celle où le milieu intergalactique neutre a été ionisé par les premières étoiles et galaxies.

"Ces résultats ont de profondes conséquences astrophysiques car ils montrent que les galaxies doivent s'être formées beaucoup plus tôt que nous le pensions, " a déclaré Bhatawdekar. "Cela soutient également fortement l'idée que les galaxies de faible masse/faibles dans l'Univers primitif sont responsables de la réionisation."

Ces résultats suggèrent également que la première formation d'étoiles et de galaxies s'est produite beaucoup plus tôt que ce qui peut être sondé avec le télescope spatial Hubble. Cela laisse un domaine passionnant de recherche supplémentaire pour le prochain télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA, pour étudier les premières galaxies de l'Univers.