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Un nouveau modèle qui nous en dit plus sur les secrets des galaxies lointaines

Des techniques de modélisation novatrices pourraient permettre aux astronomes d’identifier certaines des premières galaxies de l’Univers, les aidant ainsi à compléter notre compréhension de l’évolution du cosmos grâce à de nouveaux détails clés.

Espace

Les astronomes sont des voyageurs temporels. Étant donné le temps que met la lumière à parvenir jusqu’à nous, plus les galaxies qu’ils étudient sont lointaines, plus ils se rapprochent des débuts de l’Univers. Et c’est là que l’on peut trouver de nombreux indices sur les origines et l’évolution du cosmos. «Les recherches de DeepIMPACT se sont concentrées spécifiquement sur une époque de l’évolution cosmique appelée Réionisation», explique la coordinatrice du projet, Livia Vallini, aujourd’hui chercheuse post-doctorale à l’École normale supérieure de Pise, en Italie. Ce phénomène «a eu lieu alors que l’univers avait entre 300 millions et 1 milliard d’années, sachant qu’il a aujourd’hui plus de 13 milliards d’années. Les gaz ont commencé à s’effondrer pour former des galaxies, et dans ces galaxies, des étoiles sont nées», explique Livia Vallini, qui a mené ses recherches avec le soutien du programme européen Actions Marie Skłodowska-Curie. Cette époque est cruciale pour notre compréhension du cosmos, car ces premières galaxies ont eu un profond impact sur l’évolution de l’Univers. Chaque nouvelle étoile produisait des photons – de la lumière – qui se déplaçaient et sortaient des galaxies primitives, affectant les propriétés des gaz dans tout l’Univers. «C’est ce phénomène que nous désignons lorsque nous parlons de l’époque de la Réionisation», ajoute Livia Vallini. «Nous vivons maintenant dans un univers complètement réionisé.»

Que la lumière soit

Les scientifiques ne savent cependant pas encore exactement quand cette ère a commencé ni quand elle s’est terminée, ni quelles sont les propriétés des galaxies qui ont le plus contribué à ce processus. Par ailleurs, ces galaxies de première génération sont extrêmement éloignées et très difficiles à analyser. Des simulations et des modèles mathématiques s’avèrent donc nécessaires. L’objectif du projet DeepIMPACT consistait à identifier des propriétés spécifiques aux galaxies lointaines qui, déjà à l’époque, abritaient des trous noirs supermassifs. Cela aidera les astronomes à les identifier. Cette étude a été entreprise à l’Université de Leiden, aux Pays-Bas. Elle a permis à Livia Vallini de travailler en étroite collaboration avec Xander Tielens, professeur et personnalité de renommée mondiale dans le domaine de l’astrochimie. «Au cours de mon doctorat en Italie, je me suis concentrée sur la modélisation de la luminosité des galaxies lointaines», souligne Livia Vallini. «Le projet DeepIMPACT avait pour base mon intuition selon laquelle les galaxies qui se sont formées en ces temps anciens étaient beaucoup plus petites et compactes que, par exemple, la nôtre. Donc, si ces galaxies possèdent un trou noir en leur centre, cela a un impact plus important sur la luminosité de l’ensemble de la galaxie concernée, en raison de sa taille relativement petite.»

Découvrir le cosmos

Livia Vallini a développé des modèles conçus pour permettre aux astronomes d’identifier les galaxies lointaines en prenant comme base cette observation. Ils aideront les scientifiques à mieux appréhender la taille réelle de ces galaxies et l’effet des trous noirs sur le milieu environnant. Au cours de ce projet achevé en janvier 2020, Livia Vallini a publié plus d’une dizaine d’articles académiques sur ses conclusions liées à la découverte de galaxies lointaines. L’un des avantages inattendus des modèles DeepIMPACT est qu’ils sont suffisamment adaptables et flexibles pour être appliqués à l’univers proche. «Même si nous avons surtout travaillé sur les galaxies lointaines, les résultats de DeepIMPACT ont été utilisés pour planifier des observations à la fois dans l’univers lointain et dans les galaxies proches», note encore Livia Vallini. «Ainsi, DeepIMPACT a apporté sa petite pièce au très vaste puzzle de l’évolution des galaxies. Mais, bien sûr, il reste encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas», conclut Livia Vallini.

Mots‑clés

DeepIMPACT, espace, galaxie, univers, trou noir, cosmos, réionisation, astronomes, supermassif

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