Découverte de quasars fusionnant 900 millions d’années après le Big Bang

Les astronomes ont découvert la paire de quasars en fusion la plus lointaine, observée seulement 900 millions d’années après le Big Bang. Cette période, connue sous le nom d’Aube Cosmique, est cruciale car elle marque le début de la formation des étoiles et des galaxies qui ont conduit à la réionisation de l’univers. Ces quasars fournissent des informations sur la formation des trous noirs supermassifs et l’évolution précoce des galaxies, mettant en lumière une transition cosmologique significative pendant l’Époque de la Réionisation.

Expansion Cosmique et Formation des Quasars

Depuis le tout premier instant après le Big Bang, l’univers s’est étendu. Cela signifie que l’univers primitif était considérablement plus petit et les premières galaxies formées étaient plus susceptibles d’interagir et de fusionner. Les fusions de galaxies alimentent la formation de quasars – des noyaux galactiques extrêmement lumineux où les gaz et la poussière tombant dans un trou noir supermassif central émettent d’énormes quantités de lumière. Ainsi, en regardant en arrière vers le début de l’univers, les astronomes s’attendaient à trouver de nombreuses paires de quasars à proximité les uns des autres à mesure que leurs galaxies hôtes fusionnaient. Cependant, ils ont été surpris de ne trouver exactement aucune – jusqu’à présent.

Découverte de Quasars en Fusion Lointains

Avec l’aide du télescope Gemini North, l’une des deux moitiés de l’Observatoire international Gemini, une équipe d’astronomes a découvert une paire de quasars en fusion observée seulement 900 millions d’années après le Big Bang. Non seulement il s’agit de la paire de quasars en fusion la plus éloignée jamais trouvée, mais c’est également la première paire confirmée dans la période de l’histoire de l’univers connue sous le nom d’Aube Cosmique.

Signification de l’Aube Cosmique et de la Réionisation

L’Aube Cosmique s’est étendue d’environ 50 millions d’années à un milliard d’années après le Big Bang. Pendant cette période, les premières étoiles et galaxies ont commencé à apparaître, illuminant pour la première fois l’univers sombre. L’arrivée des premières étoiles et galaxies a lancé une nouvelle ère dans la formation du cosmos appelée l’Époque de la Réionisation.

Bien que nous ne sachions pas exactement quand les premières étoiles ont commencé à briller, nous savons qu’elles ont dû se former après l’ère de la Recombinaison, lorsque les atomes d’hydrogène et d’hélium se sont formés (380 000 ans après le Big Bang), et avant l’existence des galaxies les plus anciennes connues (400 millions d’années après le Big Bang). La lumière ultraviolette émise par les premières étoiles a décomposé le gaz d’hydrogène neutre remplissant l’univers en ions d’hydrogène et en électrons libres, lançant l’époque de la Réionisation et mettant fin aux Âges sombres de l’univers.

Quasars et l’Époque de la Réionisation

Pour comprendre le rôle exact des quasars pendant l’Époque de la Réionisation, les astronomes s’intéressent à la recherche et à l’étude des quasars peuplant cette ère précoce et lointaine.

“Les propriétés statistiques des quasars pendant l’Époque de la Réionisation nous en disent long sur l’avancement et l’origine de la réionisation, la formation des trous noirs supermassifs pendant l’Aube Cosmique et l’évolution initiale des galaxies hôtes de quasars”, a déclaré Yoshiki Matsuoka, astronome à l’Université d’Ehime au Japon et auteur principal de l’étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

La team a découvert une paire de quasars en fusion. Non seulement ils constituent la paire de quasars en fusion la plus lointaine jamais trouvée, mais c’est aussi la seule paire confirmée dans l’ère révolue de la formation la plus ancienne de l’univers.

Révélation de la Paire de Quasars

Environ 300 quasars ont été découverts à l’Époque de la Réionisation, mais aucun d’entre eux n’a été trouvé en paire. C’est jusqu’à ce que Matsuoka et son équipe examinaient des images prises avec le Hyper Suprime-Cam sur le télescope Subaru et qu’une faible tache rouge attire leur attention. “En examinant les images des candidats quasars, j’ai remarqué deux sources semblables et extrêmement rouges à côté l’une de l’autre”, a déclaré Matsuoka. “La découverte était purement fortuite.”

L’équipe n’était pas certaine qu’il s’agissait d’une paire de quasars car les candidats quasars lointains sont contaminés par de nombreuses autres sources, telles que des étoiles et galaxies en avant-plan et les effets de lentilles gravitationnelles. Pour confirmer la nature de ces objets, l’équipe a mené des observations spectroscopiques de suivi en utilisant le Faint Object Camera and Spectrograph (FOCAS) sur le télescope Subaru et le Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) sur Gemini North. Les spectres, qui décomposent la lumière émise par une source en ses longueurs d’onde composantes, obtenus avec GNIRS ont été cruciaux pour caractériser la nature de la paire de quasars et de leurs galaxies hôtes.

Implications de la Découverte

“Ce que nous avons appris des observations GNIRS est que les quasars sont trop faibles pour être détectés en lumière proche infrarouge, même avec l’un des plus grands télescopes au sol”, a déclaré Matsuoka. Cela a permis à l’équipe d’estimer qu’une partie de la lumière détectée dans le domaine des longueurs d’onde optiques ne provient pas des quasars eux-mêmes, mais de la formation stellaire en cours dans leurs galaxies hôtes. L’équipe a également découvert que les deux trous noirs sont des monstres, chacun étant 100 millions de fois la masse du Soleil. Ceci, associé à la présence d’un pont de gaz s’étirant entre les deux quasars, suggère qu’ils et leurs galaxies hôtes sont en train de subir une fusion à grande échelle.”

“L’existence de quasars en fusion à l’Époque de la Réionisation était attendue depuis longtemps. Elle a désormais été confirmée pour la première fois”, a déclaré Matsuoka.

Source : scitechdaily.com