Une vue d'artiste du télescope Spitzer en plein travail d'observation de l'univers dans l'infrarouge. © Nasa

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Le fond diffus infrarouge ne serait pas d'origine cosmologique

ActualitéClassé sous :Astronomie , Cosmic Infrared Background , CIB

Il existe différents fonds diffus de rayonnement sur la sphère céleste. Le rayonnement fossile en est un, ainsi que le fond infrarouge et ses fluctuations observées par Spitzer, dont on pensait qu'il était dû aux premières étoiles dans les galaxies en formation dans le jeune univers observable. Mais selon certains astrophysiciens, il serait la signature d'étoiles arrachées aux galaxies lors de collisions et se trouvant dans leurs halos et au-delà.

La formation des premières étoiles et galaxies 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 Hubble, Spitzer et Herschel, jointes aux simulations 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 astrophysiciens. 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 infrarougecosmic 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 Lune, observée pendant 250 heures au total, et qui se trouve dans la constellation 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 (JWST), soit mis en orbite à l'horizon 2020. Il permettra de voir avec une résolution accrue dans l'infrarouge les événements se déroulant quelques centaines de millions d'années seulement après le Big Bang dans le cosmos observable. C'est dans ce domaine des longueurs d'onde que se trouve décalée la lumière 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 « gaz d'étoiles », certes peu dense mais non négligeable, dans les halos galactiques et entre les galaxies. Ces étoiles 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 marées 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 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 diffus 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.

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