Découvrir une galaxie jeune, âgée de moins de 6 milliards d'années, mais dont les étoiles sont aussi matures que celles de notre Voie lactée: voilà le casse-tête que des astronomes viennent de mettre au jour.
Ce paradoxe a été révélé grâce à un phénomène rare, une croix d'Einstein. Cette configuration exceptionnelle de lentille gravitationnelle a permis de sonder les profondeurs d'une galaxie lointaine comme jamais auparavant, dévoilant une composition stellaire surprenante qui remet en question nos modèles de formation galactique.
Une croix d'Einstein avec l'étrange galaxie elliptique J1453g en son centre
Crédit: Quirino D'Amato.
Une croix d'Einstein se produit lorsqu'un objet massif, comme une galaxie, s'aligne presque parfaitement avec une source lumineuse plus lointaine, déformant l'espace-temps autour d'elle. La lumière de l'objet d'arrière-plan est alors courbée et amplifiée, apparaissant sous la forme de quatre images disposées en croix. Ce phénomène, prédit par la relativité générale d'Einstein, offre aux astronomes une loupe cosmique pour étudier des objets normalement trop faibles ou trop lointains.
Dans ce cas précis, la galaxie lentille est J1453g, une galaxie elliptique massive vue à une époque où l'Univers avait moins de 6 milliards d'années. Derrière elle, un quasar brillant, alimenté par un trou noir supermassif, est multiplié en quatre points lumineux. En analysant la disposition de ces images, les chercheurs ont pu cartographier la distribution de masse de J1453g avec une précision inédite, notamment la composition de ses étoiles.
Les résultats ont stupéfié les scientifiques: le cœur de J1453g contient une proportion d'étoiles massives similaire à celle de la Voie lactée, une galaxie spirale mature et bien plus récente. Or, les modèles actuels prédisent que les noyaux des galaxies elliptiques jeunes devraient être dominés par des étoiles de faible masse, formées rapidement lors d'une intense activité de naissance stellaire.
Cette observation remet en cause notre compréhension de l'évolution des galaxies. Si une galaxie elliptique primitive peut héberger des étoiles aussi évoluées, cela implique que les processus de formation stellaire sont bien plus élaborés qu'on ne le pensait. Les fusions galactiques, par exemple, pourraient brasser la matière et produire des étoiles massives à des stades très précoces.
L'équipe de recherche, menée par Quirino D'Amato de l'INAF, a publié ces résultats dans la revue
Nature Astronomy. Ce travail ouvre une nouvelle fenêtre sur l'adolescence de l'Univers. En combinant les lentilles gravitationnelles avec des télescopes comme le JWST, les astronomes espèrent détecter d'autres croix d'Einstein et sonder ainsi les énigmes de la formation des galaxies à des époques reculées.