Les astronomes n'en revenaient pas en découvrant MXDFz4.4: ils pensaient qu'observer un objet de ce type, une galaxie à une époque si reculée, était impossible. Pourtant, cette lointaine galaxie, noyée dans un brouillard d'hydrogène neutre, laisse filtrer une lumière ultraviolette qui aurait dû être absorbée.
Après le Big Bang, l'Univers était rempli d'hydrogène gazeux neutre, opaque aux rayonnements ultraviolets. Cette période, appelée l'Époque de la Réionisation, a duré environ un milliard d'années. Progressivement, des sources d'énergie ont ionisé ce gaz, le rendant transparent. Mais quelles étaient ces sources ? Les astronomes hésitaient entre les trous noirs supermassifs et les premières étoiles massives.
Impression d'artiste de la jeune galaxie lointaine MXDFz4.4 et de son amas dense d'étoiles lumineuses.
Crédit: NASA/ESA/Leah Hustak (STScI) En 2023, le télescope spatial James Webb avait déjà trouvé une galaxie capable d'ioniser son environnement 900 millions d'années après le Big Bang. Aujourd'hui, Hubble va plus loin: il a détecté la lumière ultraviolette de MXDFz4.4, une galaxie qui existait 1,4 milliard d'années après la naissance de l'Univers. Cette lumière ne peut être visible que si le gaz environnant a déjà été ionisé.
MXDFz4.4 est cent fois plus petite que notre Voie lactée, mais elle forme des étoiles dix fois plus vite. Au cœur de cette galaxie, un amas dense d'étoiles jeunes, chaudes et massives produit le rayonnement ionisant. Ilias Goovaerts, du Space Telescope Science Institute, explique qu'un grand nombre d'étoiles jeunes et chaudes dans un espace réduit perce plus efficacement le gaz opaque.
Les chercheurs ont comparé les données de Hubble avec celles de Webb et ont découvert que les étoiles de l'amas se sont formées par bouffées successives. Chaque poussée de formation stellaire a produit une nouvelle vague de rayonnement ultraviolet. Aujourd'hui, nous observons la galaxie environ 250 millions d'années après qu'elle ait fini de réioniser son voisinage.
Vue par le télescope spatial Hubble de la lointaine galaxie MXDFz4.4 (encadré).
Crédit: NASA/ESA/CSA/STScI/Ilias Goovaerts et Anton Koekemoer (STScI)/Marc Rafelski (STScI, JHU)/ Traitement d'image: Alyssa Pagan (STScI)
Ces observations confirment que ce sont bien les amas d'étoiles massives dans les jeunes galaxies qui ont joué un rôle majeur dans la dispersion du brouillard cosmique. Marc Rafelski, responsable adjoint de la mission Hubble, indique que trouver d'autres galaxies à des époques légèrement plus tardives permettra d'affiner ces mesures et de comprendre comment notre vision de l'Univers s'est éclaircie. Les résultats sont publiés dans
The Astrophysical Journal.
L'Époque de la Réionisation
Après le Big Bang, l'Univers était rempli d'un plasma chaud qui s'est refroidi pour former de l'hydrogène neutre, opaque à la lumière ultraviolette. Cette période sombre a duré jusqu'à ce que les premières étoiles et galaxies commencent à émettre un rayonnement capable d'arracher les électrons des atomes d'hydrogène, un processus appelé ionisation.
L'Époque de la Réionisation a progressivement rendu l'Univers transparent à la lumière ultraviolette, permettant à la lumière des premières galaxies de nous parvenir. Les observations de MXDFz4.4 montrent que des amas d'étoiles massives ont été les principaux agents de cette transformation, bien avant que les trous noirs supermassifs ne prennent le relais.