Le fond diffus infrarouge ne serait pas d'origine cosmologique

La formation des premières étoiles et galaxiesgalaxies reste mal comprise, ainsi que l'évolution des galaxies durant les premiers milliards d'années de l'histoire de l’univers observable. Les observations faites avec les télescopes Hubbletélescopes Hubble, SpitzerSpitzer et Herschel, jointes aux simulations numériquessimulations numériques comme celle de Deus nous ont tout de même fourni de quoi construire des scénarios plausibles.

De temps en temps, de nouvelles observations viennent toutefois surprendre les cosmologistes et les astrophysiciensastrophysiciens. La découverte de grandes galaxies, comme la galaxie BX442, dont on pensait qu'elles ne pouvaient apparaître que lorsque le cosmos observable était déjà âgé de plusieurs milliards d'années, en est un exemple. Il peut s'agir aussi de nouvelles analyses de données déjà collectées par des instruments et dont l'interprétation vient bouleverser la compréhension que l'on en avait jusque-là, conduisant à remettre en cause les conclusions tirées.

C'est ce qui semble être arrivé avec de nouvelles observations réalisées par Spitzer du fond diffus infrarougeinfrarouge ( cosmic infrared background en anglais, ou CIB). Elles ont été faites dans une région de la voûte céleste s'étendant sur environ 50 fois la taille de la LuneLune, observée pendant 250 heures au total, et qui se trouve dans la constellationconstellation du Bouvier. Disponible sur arxiv, les résultats sont également publiés dans Nature.

Jusqu'à présent, les observations du CIB semblaient soutenir l'idée d'un rayonnement émis par la formation fiévreuse d'étoiles dans les premières galaxies. Pour en être vraiment sûr, on savait cependant qu'il fallait attendre que le successeur du télescope Hubble, le James Webb Space Telescope (JWSTJWST), soit mis en orbiteorbite à l'horizon 2020. Il permettra de voir avec une résolutionrésolution accrue dans l'infrarouge les événements se déroulant quelques centaines de millions d'années seulement après le Big BangBig Bang dans le cosmos observable. C'est dans ce domaine des longueurs d'ondelongueurs d'onde que se trouve décalée la lumièrelumière visible des premières galaxies à cette époque, du fait de l'expansion de l’univers.

Illustration de l'origine du fond diffus infrarouge vue par Spitzer telle qu'on l'imaginait initialement. © Dole et al. 2009 Plein Sud, d'après Spitzer/Caltech/Nasa/Kashlinsky/GSFC, 2006

Des étoiles dans les halos de matière noire

Mais selon les auteurs de l'article publié dans Nature, on peut déjà mettre sérieusement en doute l'interprétation des données récoltées par Spitzer selon laquelle le CIB serait la signature de la formation stellaire dans les premières galaxies. En effet, selon eux, si l'on compare l'intensité du rayonnement observé avec celle déduite des simulations de la formation des premières galaxies, elle est trop élevée.

Une autre explication semble mieux rendre compte de la brillance du CIB. Elle fait intervenir un « gazgaz d'étoiles », certes peu dense mais non négligeable, dans les halos galactiques et entre les galaxies. Ces étoilesétoiles sont trop peu lumineuses pour être vues mais elles sont décelables collectivement, et seraient principalement à l'origine du CIB observé par Spitzer.

Une image d'artiste montrant les courants de marées arrachées aux galaxies lors de rencontres et de collisions. Une partie des étoiles dans ces courants resteraient dans les halos des galaxies, produisant une partie peut-être non négligeable du CIB. © Nasa/JPL-Caltech

La présence de ces étoiles apparaît plausible car elles proviendraient des courants de maréesmarées se produisant à l'occasion des interactions rapprochées, et même des collisions (qui étaient bien plus fréquentes dans le passé), entre galaxies. Ces collisions ne sont d'ailleurs pas terminées : dans quelques milliards d'années, c'est le destin qui attend la Voie lactée et la galaxie d’Andromède. Ces courants de marée forment des filaments d'étoiles arrachées gravitationnellement entre deux galaxies en interactions. Certaines de ces étoiles ne sont pas capturées par ces galaxies, ou ne forment pas des galaxies nainesgalaxies naines de marées, mais se dispersent dans l'espace intergalactique. Il pourrait donc bien y avoir suffisamment de ces étoiles pour rendre compte du CIB.

Pour départager ces deux hypothèses sur l'origine du fond diffusdiffus infrarouge, il faudra probablement, comme on l'a dit précédemment, que le JWST soit en orbite et puisse voir directement les étoiles entre les galaxies pour en évaluer la population ou une signature caractéristique claire, bien séparable de celles des premières galaxies qu'il devrait nous révéler pour la première fois.