Presque au début des temps, l'univers était enveloppé d'obscurité. Puis, les premières galaxies ont produit des étoiles brillantes et chaudes qui ont fuit l'espace intergalactique de la lumière brillante à travers de petits canaux, rendant l'univers transparent.
Telle est la conclusion tirée de magnifiques nouvelles images «miroir» prises d'une galaxie éloignée connue sous le nom de Sunburst Arc. Lorsque l'univers n'était qu'un bébé, il était composé de particules chaudes, mais rapidement rafraîchissantes. Une fois que l'univers s'est suffisamment refroidi, les protons et les électrons se sont combinés pour former de l'hydrogène neutre, qui a recouvert l'univers dans l'obscurité, le rendant inobservable dans le spectre électromagnétique, selon l'Observatoire Haystack du MIT. Au cours de cette période, connue sous le nom d'âges sombres, tout rayonnement émis a été absorbé par l'hydrogène gazeux.
Puis, un milliard d'années environ après le Big Bang, pendant «l'époque de la réionisation», une secousse massive d'énergie a ionisé le gaz, faisant tomber des électrons des atomes d'hydrogène et créant du plasma. Cette ionisation s'est produite grâce à une lumière ultraviolette énergétique qui "provenait très probablement d'étoiles très jeunes, très lumineuses, très chaudes et aussi de courte durée de vie dans les premières galaxies", a déclaré l'auteur principal Thøger Emil Rivera-Thorsen, boursier postdoctoral à l'Université. d'Oslo en Norvège. Mais on ne sait pas exactement comment cet événement d'ionisation s'est produit.
Pour le comprendre, les chercheurs se sont tournés vers une galaxie appelée "Sunburst Arc" qui se trouve à environ 11 milliards d'années-lumière (bien qu'il soit difficile de savoir exactement à quelle distance elle se trouve dans un univers en expansion.) L'Arc Sunburst n'est pas tout à fait Assez vieux pour être l'une des premières galaxies qui ont réionisé l'univers, mais il est assez vieux pour pouvoir enseigner aux chercheurs quelque chose sur le processus, a déclaré Rivera-Thorsen.
Dans une étude précédente, Rivera-Thorsen et son équipe ont examiné les signaux lumineux provenant de l'arc de Sunburst. Quelques indices suggèrent que la lumière ionisante s'est échappée de ces premières galaxies par quelques canaux étroits, ou des trous dans un linceul autrement opaque couvrant la galaxie. "Mais nous ne pouvons pas dire que nous l'avons trouvé avant de l'avoir observé directement", a déclaré Rivera-Thorsen à Live Science.
Ainsi, les chercheurs ont proposé de détecter ces trous à l'aide du télescope spatial Hubble et "voilà, cela a fonctionné", a déclaré Rivera-Thorsen. L'arc Sunburst est positionné de manière à ce qu'il soit facile à voir pour Hubble. Un groupe de galaxies intervenant agit comme un microscope cosmique et plie et grossit la lumière de l'arc de Sunburst - qui serait autrement trop faible pour être vue - afin que Hubble puisse la capter dans une série d'images. Cet effet, appelé "lentille gravitationnelle", a été prédit par la théorie d'Einstein de la relativité générale et est particulièrement fort dans ce cas, conduisant à 12 images en double de la galaxie.
Certaines de ces images ont été prises dans le spectre de la lumière visible non ionisante et d'autres dans le spectre de la lumière ionisante. Pour la lumière ionisante, "fondamentalement, tout ce que vous pouvez voir est un petit point et sinon il n'y a rien", a-t-il déclaré. "Cela, je pense, a été une très belle confirmation de notre hypothèse - que cela ressemble à un trou dans une galaxie recouverte de gaz autrement non transparente."
Plusieurs facteurs ont dû s'aligner pour que les chercheurs voient cet effet, et ainsi, "nous avons été incroyablement chanceux de trouver cette chose", a déclaré Rivera-Thorsen. Par exemple, les images Hubble ont capturé tous les «morceaux juteux» de la galaxie, y compris les endroits où la lumière ionisante s'est échappée. Il n'est pas clair pourquoi ou comment ces canaux étroits se sont formés en premier lieu.
De plus, dans les galaxies plus modernes, "nous ne voyons pas vraiment beaucoup de ce rayonnement ionisant s'échapper, nous voyons un peu ici et là", a-t-il ajouté. "Donc, quelque chose au sujet des propriétés physiques de ces galaxies doit avoir changé de façon assez spectaculaire entre le temps d'environ 1 milliard d'années après le Big Bang lorsque l'univers a été réionisé." Dans les travaux futurs, Rivera-Thorsen et son équipe veulent comprendre comment les galaxies ont changé depuis l'époque du Big Bang.
"Les preuves de la fuite de rayonnements ionisants sont convaincantes", a déclaré Yuri Izotov, astronome de l'Observatoire astronomique principal d'Ukraine, qui ne faisait pas partie de l'étude. Leurs découvertes sont importantes pour comprendre comment la lumière s'échappe des galaxies formatrices d'étoiles et leur interprétation que la lumière s'échappe à travers les trous de la galaxie "semble raisonnable", a déclaré Izotov à Live Science.
Brian Keating, professeur de physique à l'Université de Californie à San Diego, qui n'était pas impliqué dans les travaux, est d'accord. "Les sources qui ont généré les premiers photons ionisants de l'univers ont longtemps été entourées de mystère", a déclaré Keating à Live Science. "Leur travail donne de nouvelles perspectives prometteuses sur les objets impénétrables considérés comme les principaux moteurs de l'époque de la réionisation."
Les résultats ont été publiés le 7 novembre dans la revue Science.
