Le rayonnement de l’hydrogène dans l’Univers primordial expliqué
Lorsque nous observons l’Univers tel qu’il était entre 400 millions et 1 milliard d’années après le Big Bang, nous recevons des signaux inattendus : des raies d’émission de l’atome d’hydrogène, appelées « Lyman-α », qui ne devraient pas avoir traversé l’espace. À cette époque, le cosmos était rempli de nuages de gaz d’hydrogène qui absorbent le rayonnement à cette longueur d’onde. Pour comprendre pourquoi ce signal nous parvient, une équipe dirigée par l’astronome Callum Witten de l’université de Cambridge a analysé neuf galaxies émettrices de raies Lyman-α. Grâce au télescope spatial James Webb (JWST) et à des simulations numériques, ils ont découvert que ces galaxies interagissent avec d’autres galaxies plus petites.
Environ 380 000 ans après le Big Bang, les électrons et les protons se sont associés pour former les premiers atomes d’hydrogène. Cet hydrogène a progressivement formé d’immenses nuages de gaz dans tout l’Univers. Après 400 millions d’années, ces nuages ont donné naissance aux premières étoiles et galaxies, un processus qui a arraché de nouveau les électrons aux atomes d’hydrogène environnants, marquant la « période de réionisation ». Cependant, une partie des ions hydrogène a recapturé des électrons, formant des atomes qui, dans un état excité, ont émis un photon à une longueur d’onde spécifique de 121,567 nanomètres, caractérisant l’émission Lyman-α.
Bien que l’émission de ces raies durant la réionisation soit attendue, leur propagation à travers un Univers encore rempli d’hydrogène neutre, qui aurait dû absorber ce rayonnement, pose question. Des observations du télescope spatial Hubble et des analyses spectroscopiques ont pourtant détecté ces raies. « Nous avons commencé à développer des hypothèses, notamment que cela devait concerner les galaxies les plus massives. Cependant, certaines de ces galaxies n’émettent pas de raies Lyman-α », explique Nicolas Laporte, astronome à l’université d’Aix-Marseille et coauteur de l’étude.
Pour élucider cette énigme, les chercheurs ont dirigé le JWST vers neuf galaxies où des raies Lyman-α avaient déjà été observées. L’instrument NIRCam du télescope a révélé que ces galaxies sont entourées de galaxies plus petites. Les simulations numériques ont montré que la présence de ces galaxies satellites en interaction avec les galaxies massives entraîne une forte activité de formation d’étoiles. Ce phénomène « souffle » l’hydrogène neutre, créant des « canaux » dégagés à travers lesquels les raies Lyman-α peuvent se propager sans être absorbées.
Les chercheurs prévoient de nouvelles observations de grandes galaxies en interaction avec des galaxies plus petites pour confirmer cette hypothèse.
Source : Pour la Science
