De grandes différences dans le « brouillard » de l'univers primitif ont été causées par des îlots de gaz froid laissés lorsque l'univers s'est réchauffé après le big bang, selon une équipe internationale d'astronomes.

Les résultats, signalé dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , ont permis aux astronomes de se concentrer sur le moment où la réionisation a pris fin et où l'univers a émergé d'un état froid et sombre pour devenir ce qu'il est aujourd'hui :plein d'hydrogène gazeux chaud et ionisé imprégnant l'espace entre les galaxies lumineuses.

Le gaz hydrogène atténue la lumière des galaxies lointaines un peu comme les lampadaires sont tamisés par le brouillard un matin d'hiver. En observant cette atténuation dans les spectres d'un type spécial de galaxies brillantes, appelés quasars, les astronomes peuvent étudier les conditions dans l'univers primitif.

Dans les dernières années, les observations de ce modèle de gradation spécifique (appelé la forêt Lyman-alpha) ont suggéré que le brouillard de l'univers varie considérablement d'une partie de l'univers à l'autre, mais la raison de ces variations était inconnue.

"Nous nous attendions à ce que la lumière des quasars varie d'un endroit à l'autre au maximum d'un facteur deux à l'heure actuelle, mais on le voit varier d'un facteur d'environ 500, " a déclaré l'auteur principal Girish Kulkarni, qui a terminé la recherche alors qu'il était chercheur postdoctoral à l'Université de Cambridge. "Certaines hypothèses ont été avancées pour expliquer pourquoi il en est ainsi, mais aucun n'était satisfaisant."

La nouvelle étude conclut que ces variations résultent de vastes régions remplies d'hydrogène gazeux froid présent dans l'univers alors qu'il n'avait qu'un milliard d'années, un résultat qui permet aux chercheurs de déterminer la fin de la réionisation.

Lors de la réionisation, lorsque l'univers est sorti des « âges sombres » cosmiques, l'espace entre les galaxies était rempli d'un plasma d'hydrogène ionisé avec une température d'environ 10, 000˚C. C'est déroutant parce que cinquante millions d'années après le big bang, l'univers était froid et sombre. Il contenait du gaz avec des températures de quelques degrés seulement au-dessus du zéro absolu, et pas d'étoiles et de galaxies lumineuses. Comment se fait-il donc qu'aujourd'hui, environ 13,6 milliards d'années plus tard, l'univers est baigné de lumière provenant d'étoiles dans une variété de galaxies, et le gaz est mille fois plus chaud ?

Répondre à cette question a été un objectif important de la recherche cosmologique au cours des deux dernières décennies. Les conclusions de la nouvelle étude suggèrent que la réionisation s'est produite 1,1 milliard d'années après le big bang (ou il y a 12,7 milliards d'années), un peu plus tard qu'on ne le pensait auparavant.

L'équipe de chercheurs de l'Inde, la Grande-Bretagne, Canada, Allemagne, et la France ont tiré leurs conclusions à l'aide de simulations informatiques de pointe réalisées sur des supercalculateurs basés dans les universités de Cambridge, Durham, et parisien, financé par le UK Science and Technology Facilities Council (STFC) et le Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE).

"Quand l'univers avait 1,1 milliard d'années, il y avait encore de grandes poches du cosmos où le gaz entre les galaxies était encore froid et ce sont ces îlots neutres de gaz froid qui expliquent les observations déroutantes, " a déclaré Martin Haehnelt de l'Université de Cambridge, qui a dirigé le groupe qui a mené cette recherche, soutenu par un financement du Conseil européen de la recherche (ERC).

"Cela nous permet enfin de cerner la fin de la réionisation beaucoup plus précisément qu'avant, " a déclaré Laura Keating de l'Institut canadien d'astrophysique théorique.

La nouvelle étude suggère que l'univers a été réionisé par la lumière des jeunes étoiles des premières galaxies à se former.

"La réionisation tardive est également une bonne nouvelle pour les futures expériences visant à détecter l'hydrogène neutre de l'univers primitif, " dit Kulkarni, qui est maintenant basé à l'Institut de recherche fondamentale Tata en Inde. "Plus la réionisation est tardive, plus il sera facile pour ces expériences de réussir."

L'une de ces expériences est le réseau kilométrique carré (SKA) de dix nations dont le Canada, La France, Inde, et le Royaume-Uni en sont membres.