La force mystérieuse qui a dissipé le brouillard cosmique à l’aube de l’univers n’est peut-être pas celle que nous pensions, suggère une nouvelle étude. Les résultats suggèrent que les astronomes devront peut-être repenser un aspect majeur de l’évolution cosmologique, qui a conduit à l’univers que nous voyons clairement aujourd’hui.
Environ 400 000 ans après le Big Bangl’univers naissant s’est finalement suffisamment refroidi pour former des atomes – principalement de l’hydrogène. Mais ces atomes d’hydrogène neutres et non chargés électriquement enveloppaient le cosmos d’un brouillard qui le rendait opaque à la lumière ultraviolette (UV).
Puis, après que les premières étoiles se soient réveillées et se soient rassemblées en galaxies, des éclats de rayonnement ont ionisé l’hydrogène neutre. Cela a transformé le brouillard impénétrable d’atomes en protons et électrons chargés électriquement, permettant à la lumière de traverser l’espace interstellaire sans entrave et, finalement, d’atteindre nos observatoires. Cette séparation du rideau cosmique est connue sous le nom d’époque de réionisation, ou ce qu’une équipe de chercheurs qui l’étudient appelle la « dernière transition de phase majeure dans l’univers ».
« Nous ne savons pas exactement quels objets ont provoqué la réionisation ni comment elle a évolué », Cody Carrun astronome qui se concentre sur l’évolution des galaxies à l’Université du Michigan et premier auteur d’une nouvelle étude sur l’époque, a déclaré dans un déclaration. « Nous savons que cela a eu lieu, mais nous n’avons pas de réponses complètes à ces questions. »
Les astrophysiciens pensaient auparavant que cet effet de dissipage du brouillard dépendait des supernovas, la mort violemment explosive des étoiles. environ huit à 50 fois la masse de le soleil.
Mais dans la nouvelle étude, publiée le 15 octobre dans la revue Astronomie naturelleCarr et ses collègues ont présenté la preuve que les supernovas exerçaient l’effet inverse, piégeant les photons dits du continuum de Lyman (LyC) de rayonnement UV ionisant qui dissipaient le brouillard céleste au lieu de les disperser.
« La chose la plus intéressante à propos de notre article est l’observation selon laquelle les émetteurs LyC les plus puissants n’ont pas de vents galactiques rapides », a déclaré Carr par courrier électronique à Live Science. « Cela remet en question l’idée selon laquelle les galaxies ont besoin de vents rapides provoqués par des supernovas pour permettre à LyC de s’échapper. »
Dans quelle direction soufflent les vents
Les chercheurs ont utilisé le Télescope spatial Hubble pour observer un analogue de l’univers ancien dans le cosmos local : six galaxies formant des étoiles et lancées par le vent à environ 3,5 milliards d’années-lumière.
Ces galaxies à explosion compactes ont généralement un diamètre inférieur à 6 500 années-lumière et forment environ 10 masses solaires d’étoiles par an. Ce taux de natalité des étoiles est plusieurs fois supérieur à celui des Voie lactéequi est jusqu’à 20 fois plus grande.
Les spectres des galaxies, ou empreintes digitales basées sur la lumière, ont révélé l’origine, la composition chimique, la vitesse et la direction de leurs vents stellaires, qui étaient attisés par le rayonnement de leurs étoiles nouvellement formées.
Les chercheurs ont également décrit comment ces processus ont changé à mesure que les jeunes étoiles massives évoluaient et mouraient dans des supernovas énergétiques plusieurs milliards d’années plus tard, les vents galactiques qui en résultaient maîtrisaient les vents stellaires.
Ces galaxies proches ont mis en évidence un processus contre-intuitif en deux phases.
Au cours de la phase initiale, qui s’est produite au cours des 3 premiers millions d’années de formation des étoiles, les vents stellaires des étoiles massives nouvellement formées ont traversé le gaz neutre et la poussière de leurs galaxies à près de 2 000 milles par seconde (3 000 kilomètres par seconde). Cela a permis à la lumière LyC de s’échapper de la galaxie et d’ioniser le gaz neutre et la poussière dans l’espace intergalactique.
La deuxième phase, apparue environ 3 millions d’années après la formation des étoiles, semble inverser ce processus. Alors que les étoiles de type O – les étoiles les plus chaudes, les plus bleues et les plus massives du cosmos – vivaient vite et mouraient jeunes, leurs entrailles stellaires expulsées se sont ajoutées au gaz et à la poussière galactiques opaques, les barattant et les chargeant de masse, créant ainsi un piège pour la lumière LyC.
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Les galaxies les plus anciennes de cette étude – et, par conséquent, celles avec les vents galactiques générés par les supernovas les plus rapides – ont permis à la plus petite quantité de rayonnement ionisant de s’échapper de leur environnement.
« En général, nos résultats sont en désaccord avec la plupart des simulations cosmologiques, qui montrent généralement que la fraction d’échappement de LyC culmine après le lancement de vents provoqués par une supernova », a expliqué Carr par courrier électronique. En d’autres termes, les supernovas n’ont pas été à l’origine de l’époque de la réionisation, mais elles l’ont peut-être atténuée. La lumière intense des étoiles naissantes semble désormais être la source de réionisation la plus viable.
Les recherches futures pourraient viser à obtenir des échantillons galactiques supplémentaires et des observations à plus haute résolution sur d’autres longueurs d’onde.
