Les astronomes ont utilisé la puissance combinée de plusieurs observatoires astronomiques à travers le monde et dans l'espace pour découvrir un trésor d'anciennes galaxies massives jusqu'alors inconnues. Il s'agit de la première découverte multiple du genre, et une telle abondance de ce type de galaxie défie les modèles actuels de l'univers. Ces galaxies sont également intimement liées aux trous noirs supermassifs et à la répartition de la matière noire.

Le télescope spatial Hubble a offert un accès sans précédent à l'univers inédit, mais même elle est aveugle à certaines des pièces les plus fondamentales du puzzle cosmique. Les astronomes de l'Institut d'astronomie de l'Université de Tokyo voulaient observer des objets qu'ils soupçonnaient depuis longtemps d'être là-bas, mais que Hubble n'a pas pu révéler. Les nouvelles générations d'observatoires astronomiques ont enfin révélé ce qu'elles cherchaient.

"C'est la première fois qu'une si grande population de galaxies massives a été confirmée au cours des 2 premiers milliards d'années de la vie de 13,7 milliards d'années de l'univers. Celles-ci étaient auparavant invisibles pour nous, " a déclaré le chercheur Tao Wang. " Cette découverte contrevient aux modèles actuels pour cette période d'évolution cosmique, et aidera à ajouter quelques détails, qui manquaient jusqu'à présent."

Mais comment quelque chose d'aussi grand qu'une galaxie peut-il être invisible pour commencer ?

"La lumière de ces galaxies est très faible, aux grandes longueurs d'onde invisibles à nos yeux et indétectables par Hubble, " a expliqué le professeur Kotaro Kohno. " Nous nous sommes donc tournés vers l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ce qui est idéal pour visualiser ce genre de choses. J'ai une longue histoire avec cette installation, et je savais donc que cela donnerait de bons résultats."

Même si ces galaxies étaient les plus grandes de leur temps, leur lumière n'est pas seulement faible, mais aussi étiré en raison de leur immense distance. Au fur et à mesure que l'univers s'étend, la lumière qui la traverse s'étire, si la lumière visible devient plus longue, devenant finalement infrarouge. La quantité d'étirement permet aux astronomes de calculer à quelle distance se trouve quelque chose, qui révèle également depuis combien de temps la lumière a été émise par l'objet.

"Il était difficile de convaincre nos pairs que ces galaxies étaient aussi vieilles que nous le pensions. Nos premiers soupçons quant à leur existence provenaient des données infrarouges du télescope spatial Spitzer, " dit Wang. " Mais ALMA a des yeux perçants, et révèle des détails à des longueurs d'onde submillimétriques, les meilleures longueurs d'onde pour scruter la poussière présente dans l'univers primitif. Toutefois, il a fallu des données supplémentaires du très grand télescope au nom imaginatif au Chili pour vraiment prouver que nous voyions d'anciennes galaxies massives là où aucune n'avait été vue auparavant. »

Une autre raison pour laquelle ces galaxies semblent si faibles est que les galaxies plus grandes, même de nos jours, ont tendance à être enveloppés de poussière, ce qui les obscurcit plus que leurs frères et sœurs galactiques plus petits.

Et qu'implique la découverte de ces galaxies massives ?

"Plus une galaxie est massive, plus le trou noir supermassif est massif en son cœur. Ainsi l'étude de ces galaxies et de leur évolution nous en dira plus sur l'évolution des trous noirs supermassifs, trop, " a déclaré Kohno. " Les galaxies massives sont également intimement liées à la distribution de la matière noire invisible. Cela joue un rôle dans la formation de la structure et de la distribution des galaxies. Les chercheurs théoriques devront mettre à jour leurs théories maintenant. »

Les astronomes s'intéressent également à la façon dont ces 39 galaxies diffèrent de la nôtre. Si notre système solaire était à l'intérieur de l'un d'eux et que vous regardiez le ciel par une nuit claire, vous verriez quelque chose de tout à fait différent du modèle familier de la Voie lactée.

"Pour une chose, le ciel nocturne apparaîtrait bien plus majestueux. La plus grande densité d'étoiles signifie qu'il y aurait beaucoup plus d'étoiles proches en apparaissant plus grandes et plus brillantes, " expliqua Wang. " Mais à l'inverse, la grande quantité de poussière signifie que les étoiles lointaines seraient beaucoup moins visibles, donc le fond de ces étoiles proches brillantes pourrait être un vaste vide sombre. »

Comme c'est la première fois qu'une telle population de galaxies est découverte, les implications de leur étude ne sont que maintenant en train d'être réalisées. Il y aura peut-être encore de nombreuses surprises à venir.

"Ces galaxies gargantuesques sont invisibles dans les longueurs d'onde optiques, il est donc extrêmement difficile de faire de la spectroscopie, un moyen d'étudier les populations stellaires et la composition chimique des galaxies. ALMA n'est pas douée pour ça, et nous avons besoin de quelque chose de plus, " a conclu Wang. " Je suis impatient de voir les prochains observatoires comme le télescope spatial James Webb basé dans l'espace nous montrer de quoi sont vraiment faites ces bêtes primordiales. "