Un signal maser, un équivalent du laser, nous est parvenu depuis une galaxie lointaine. Son origine et son intensité en font un cas hors du commun. Le signal a voyagé plusieurs milliards d'années dans l'espace avant de nous parvenir.
L'émission a été captée par le radiotélescope MeerKAT, en Afrique du Sud, après un trajet d'environ huit milliards d'années-lumière. Contrairement aux lasers classiques, les masers émettent dans le domaine des micro-ondes et des ondes radio. Le phénomène identifié est pour sa part un méga-maser hydroxyl.
Un méga-maser hydroxyl correspond à une émission cohérente de micro-ondes produite par amplification stimulée au sein de nuages de gaz très denses. Dans ces régions, les molécules d'hydroxyl (OH) sont excitées par un rayonnement intense, souvent lié à une forte formation d'étoiles. Lorsque ces molécules retournent à un état d'énergie plus bas, elles émettent des photons qui stimulent à leur tour d'autres émissions identiques. Ce mécanisme crée un signal amplifié et cohérent, observable à grande distance dans le domaine radio.
Sans un effet de grossissement naturel, ce signal serait resté indétectable. Le rayonnement a été dévié et amplifié par la gravité d'une galaxie située entre la source et la Terre. Ce phénomène de lentille gravitationnelle, décrit par Albert Einstein, agit comme une loupe cosmique. Il permet d'observer des objets extrêmement lointains, normalement trop faibles pour être détectés.
La distance de ce méga-maser constitue un record. Son observation correspond à une époque où l'Univers n'avait qu'environ la moitié de son âge actuel. Elle offre ainsi un accès direct aux conditions qui régnaient lors des phases actives de formation des galaxies. L'amplification du signal permet une analyse détaillée malgré cet éloignement extrême.
Illustration de la galaxie distante à 8 milliards d'années-lumière (rouge), grossie par une galaxie lentille, formant un anneau rouge. La décomposition de la lumière radio révèle le méga-maser hydroxyl (ligne arc-en-ciel en haut à droite).
Crédit: Inter-University Institute for Data-Intensive Astronomy (IDIA)
Ces méga-masers apparaissent le plus souvent dans des galaxies en collision. Ces interactions concentrent de grandes quantités de gaz et de poussière, favorisant une formation stellaire intense. Dans ces environnements, les molécules d'hydroxyl amplifient naturellement les émissions radio. La détection d'un tel signal indique donc une activité particulièrement élevée dans la galaxie observée.
L'étude de ce phénomène apporte des informations sur la dynamique du gaz et les mécanismes de formation des étoiles. Elle peut aussi révéler la présence de trous noirs supermassifs en interaction. Ces systèmes sont susceptibles de produire des ondes gravitationnelles, aujourd'hui activement recherchées par les astrophysiciens.
Menée par Thato Manamela, de l'Université de Pretoria, cette recherche a été publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters. Elle ouvre la voie à la détection d'autres méga-masers lointains, grâce aux capacités croissantes des instruments radio modernes.