La nouvelle est d'importance. Des astronomes de l'ESO (Organisation Européenne pour des Recherches Astronomiques dans l'Hémisphère Austral) travaillant à l'observatoire de La Silla au Chili viennent peut-être d'avoir la surprise de leur vie. Ils viennent en effet de découvrir la galaxie "normale" la plus lointaine dans l'Univers connue aujourd'hui.
Cette distance est estimée à quelque 10 milliards d'années de
lumière. Ce qui revient à dire, en tenant compte que l'âge de l'Univers
se situe entre 15 et 20 milliards d'années, que la lumière
que nous recevons de cette galaxie a été émise alors
que l'Univers n'avait que le tiers de son âge actuel.
Ses découvreurs l'ont baptisée
"G 0102-190".
Il est facile de comprendre et l'intérêt de cette découverte et celui de son observation. Une galaxie est un ensemble d'étoiles (plusieurs milliards), de gaz et de poussières. L'Univers en comporte plusieurs milliards.
Les galaxies apparaissent donc comme le constituant fondamental de l'Univers. Il existe différents types de galaxie que l'on classe suivant trois grandes catégories : elliptiques, spirales (barrées ou non, comme la Voie Lactée) et irrégulières. Il s'agit là d'une classification essentiellement morphologique. Ce sont des galaxies dites normales.
Un faible pourcentage de ces objets présente
des caractéristiques anormales. Il s'agit des galaxies à noyau
actif :
radiogalaxies (émettrices d'un fort rayonnement radioélectrique),
galaxies de Seyfert (forte émission dans le domaine de l'infrarouge),
quasars (très grande luminosité, de l'ordre
de mille fois plus grande que celle émise par une galaxie ordinaire).
Comme a dit Hubert Reeves, regarder loin, c'est voir tôt. Observer l'Univers lointain, c'est le voir au moment de sa jeunesse. En d'autres termes, plus on regarde loin et plus on remonte dans le temps. Et que peut-on observer à de telles distances? On ne peut observer que les objets les plus brillants et ceux qui dégagent une formidable énergie, comme les quasars, comme les radiogalaxies, les seuls à pouvoir être détectés à des distances aussi grandes.
Cependant, comme on vient de le voir, ces galaxies "anormales" dont l'intérêt est indéniable, ne représentent qu'une faible proportion des objets lointains. Observer les galaxies "normales" est d'une autre urgence. Le problème est que ces galaxies "normales", peu spectaculaires, deviennent très rapidement indécelables à de grandes distances même pour les plus puissants des télescopes.
Nous touchons là les préoccupations de l'astrophysique moderne : arriver à interpréter la formation et l'évolution des galaxies pour comprendre la formation et l'évolution de l'Univers dont la matière est en majeur partie contenue dans ces galaxies "normales" sans activité particulière, d'où leur importance cruciale pour la compréhension globale de l'Univers.
On l'aura compris, des galaxies suffisamment éloignées que pour être observées au moment où l'Univers avait le tiers de son âge actuel, sont extrêmement faibles et très difficiles à trouver. Détecter une source lumineuse, en obtenir des images sont une chose. Son analyse en est une autre. Celle-ci exige qu'on puisse analyser son spectre (ensemble d'un rayonnement complexe résultant de la décomposition d'une lumière) afin d'estimer sa distance et ses propriétés physiques.
Cette observation spectrale est bien plus complexe encore et ne peut être réalisée que grâce à des objets encore plus lointains et beaucoup plus lumineux : les quasars et les radiogalaxies, par la mise en évidence de leurs raies d'absorption dans les spectres de ces formidables objects énergétiques que sont les quasars et les radiogalaxies.
En effet, quand la lumière d'un de ces objets traverse le gaz contenu dans cette galaxie, certaines longueurs d'ondes sont atténuées. Les spectres des objets lointains révèlent de cette manière toute une série de raies d'absorption dont les longueurs d'onde caractérisent le gaz absorbant et sa distance.
Cette distance peut être estimée au moyen de l'effet Doppler (changement apparent de la longueur d'onde de la lumière dû au mouvement de la source lumineuse par rapport à l'observateur. Le décalage vers le rouge signifie l'éloignement; et vers le bleu, l'approche.
L'effet Doppler, dans le cas présent, modifie la longeur d'onde en fonction de la vitesse de récession (vitesse d'éloignement) de la galaxie observée. Ce décalage spectral vers le rouge d'une galaxie (redshift) varie, bien entendu, en proportion de sa distance, selon la célèbre loi de Hubble, sur laquelle repose, en partie, la théorie d'un Univers en expansion.
Plusieurs études ont déjà permis l'observation des raies d'absorption de l'hydrogène et d'autres éléments d'objets placés devant des quasars. Voilà pour ce qui est de la théorie. Que montrent les observations réalisées à ce sujet par les astrophysiciens de l'ESO ?
Parmi celles-ci figurent celles réalisées, dès 1985, au télescope de 3m60 à La Silla par l'astronome Jacqueline Bergeron de l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS). Celle-ci arriva à détecter l'existence d'une galaxie "normale" présentant un décalage par effet Doppler de 0,4, ce qui correspond à un âge égale aux deux tiers de celui de l'Univers, grâce à la présence de raies d'absorption dans le spectre d'un quasar lointain. Cette identification fut réalisée en collaboration avec un autre astronome français Patrick Boissé, de l'Ecole Normale Supérieure de Paris.
Les deux astronomes français analysèrent toute une série de cas semblables pour en arriver à la conclusion que le spectre et la luminosité de ces galaxies sont typiques des galaxies "normales". Les galaxies étudiées (on les appelle aussi galaxies de champ parce que très isolées dans l'espace) laissent apparaître d'immenses halos gazeux, au moins trois fois plus étendus que la partie galactique contenant les étoiles.
Ceci a pu être démontré par le fait qu'on observait des raies d'absorption même lorsque la ligne de visée du quasar servant de "révélateur" s'écartait de plusieurs secondes d'arc (de 5 à 10) du centre de la galaxie observée. Les galaxies plus proches de nous ne possèdent pas une telle extension gazeuse (c'est vrai aussi pour la Voie Lactée). Cette constatation suggère que ces halos des galaxies lointaines sont, en quelque sorte, des vestiges de leur formation.
Encouragée par le résultat de ses recherches sur les galaxies "normales" présentant un redshift de 0,4, Jacqueline Bergeron décida de poursuivre son travail en collaboration avec Stefano Cristiani (Osservatorio di Asiago, near Padava, Italy) et Peter Shaver (ESO) et en élargissant ses recherches sur des galaxies "normales" très éloignées dont le redshift serait de l'ordre de 1 à 1,5.
Une observation menée de mars à septembre 1990 au NTT (New Technology Telescope) de l'ESO À La Silla permit de mettre en évidence, fin septembre, une galaxie "absorbante" à un redshift de 1,025 mesuré dans le spectre d'une émission d'atomes d'oxygène ionisés, à l'occasion d'une exposition de 4 h 30. Cette galaxie appelée G 0102-190 est située dans la direction du quasar UM 669 d'un redshift de 3,035. La galaxie "normale" la plus lointaine connue à ce jour venait d'être découverte.
Le cliché qui illustre ce texte montre ces deux objets. Au centre, en haut, le plus lumineux, le quasar UM 669 (fortement surexposé) et juste en-dessous la galaxie G 0102-190. De part et d'autre, deux autres galaxies plus proches. La galaxie est située à 4,8 secondes d'arc, en dessous du quasar. Seule la partie stellaire de cette galaxie est visible. Le halo qui l'entoure n'est détectable que par les raies d'absorption qu'il produit dans le spectre du quasar.
L'identification de cette galaxie "normale" de redshift de 1,025, du bout de ses 10 milliards d'années de lumière, révèle que les dimensions de son halo sont comparables aux dimensions des halos de galaxies de redshift de 0,4, alors que l'âge de l'Univers est deux fois moindre. Ceci permet de conclure que cette importante caractéristique des galaxies lointaines n'a que peu évolué durant le second tiers de l'existence de l'Univers.
Ce premier succès a déterminé les chercheurs européens de l'ESO à poursuivre leur étude de galaxies encore plus lointaines afin de tenter de vérifier cette constante intrinsèque (le halo) des propriétés des galaxies "normales" lointaines et de préciser la période sur laquelle elle s'étend.
A n'en pas douter, cette première européenne et ce présent programme d'observation constituent une contribution tout à fait essentielle au problème crucial de la compréhension de l'évolution de l'Univers.
Ils donnent aussi à cette phrase clairvoyante de Jules Verne une
toute nouvelle dimension :
"Regarde, me dit-il, et regarde bien ! Il
faut prendre des leçons d'abîme."
Pierre Bastin
(Cet article a été publié dans le quotidien liégeois
"La Wallonie" du lundi 17 janvier 1991.)