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Les 10 découvertes de 2013

[3] L’âge véritable des étoiles

26-11-2013

Avec ses 66 antennes installées en réseau dans le désert de l’Atacama, ALMA se comporte comme un télescope de 16 km de diamètre. C’est grâce à cet instrument unique que les astronomes ont pu observer d’énormes galaxies à flambées d’étoiles, nées moins de 2 milliards d’années après le big bang.

Enfant, Yashar Hezaveh demandait à ses parents de le conduire à une cinquantaine de kilomètres de Téhéran pour observer le ciel. «On ne voit pas les étoiles en ville à cause de la pollution lumineuse», se désole l’Iranien installé au Canada depuis l’adolescence. Aujourd’hui, à 32 ans, l’astronome n’a même plus besoin de sortir de son bureau pour scruter le firmament. Il lui suffit d’étudier, sur l’écran de son ordinateur, les images transmises depuis le Chili par le nouvel observatoire international ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) inauguré l’an dernier à 5 000   m d’altitude. En fait, ALMA est un ensemble de radiotélescopes, qui agit comme un unique télescope géant d’un diamètre de 16 km!

Pas étonnant que Yashar Hezaveh et ses collègues puissent voir ce que personne d’autre n’a observé avant eux: des galaxies à flambées d’étoiles (starburst galaxy, en anglais) situées à plus de 12 milliards d’années-lumière de la Terre.

«Les galaxies sont composées d’étoiles, mais aussi de trous noirs, de gaz et de poussières», explique Yashar Hezaveh qui est stagiaire postdoctoral à l’université Stanford, en Californie, après avoir récemment terminé son doctorat à l’Université McGill. «Les poussières et les gaz peuvent à l’occasion entrer en collision et former de nouvelles étoiles. On pense qu’au moment du big bang, ce processus était très actif et que de nouvelles étoiles se formaient à un rythme environ 1 000 fois supérieur à celui d’aujourd’hui. Ce sont ces galaxies en ébullition qu’on appelle starburst.»

Mais comment les observer? Le big bang, après tout, s’est produit il y a 13,7 milliards d’années. Les galaxies en ébullition ont eu le temps de se calmer! «Certai­nes galaxies sont tellement éloignées de la Terre, répond l’astronome, que la lumière qu’elles ont émise à l’époque où elles étaient à l’état starburst vient tout juste de nous parvenir, au bout d’un parcours de milliards d’années-lumière.»
Les télescopes actuels, ALMA compris, peinent à détecter les rayons qui proviennent d’aussi loin. C’est pour­­quoi Yashar Hezaveh a pensé tirer profit de l’effet de lentille gravitation­nelle. «Quand la lumière qui voyage dans l’espace rencontre un objet céleste, une galaxie par exemple, ses rayons sont légèrement déviés par la gravité, explique-t-il. Ils sont concentrés, comme s’ils passaient à travers une lentille.»

Ainsi, il est possible d’observer une galaxie très lointaine, à condition que la lumière qu’elle émet rencontre, sur son chemin vers la Terre, une seconde galaxie capable de concentrer ses rayons. «Évidemment, pour que cela fonctionne, il faut que les deux galaxies soient parfaitement alignées par rapport à nous», précise l’astronome. Autrement dit, les rayons de la première galaxie doivent traverser la seconde galaxie avant de nous parvenir.

Yashar Hezaveh, sous la direction de Joaquin Vieira de l’Institut technologique de la Californie, a d’abord utilisé le South Pole Telescope, installé en Antarctique, pour ratisser le ciel et identifier 48 de ces combinaisons, où des galaxies starburst sont parfaitement alignées avec une galaxie intermédiaire. C’est seulement une fois trouvées les coordonnées spatiales de ces duos que l’équipe a eu recours au télescope ALMA. «On a pointé les antennes du télescope dans les directions qui nous intéressaient et, en quelques minutes, nous avons obtenu des images fabuleuses des galaxies à flambées d’étoiles!» raconte l’astronome, encore ébloui.

Le télescope ALMA a aussi permis de calculer l’âge des galaxies starburst. «L’expansion de l’Univers fait en sorte que la longueur d’onde des rayons lumineux s’étire lorsqu’ils effectuent leur parcours jusqu’à nous, poursuit le chercheur. En mesurant les longueurs d’onde étirées, on peut calculer la durée de leur trajet et assigner à chaque galaxie la place qui lui revient dans l’histoire du cosmos.»

La plus vieille des galaxies starburst repérées par l’équipe avait 12,6 milliards d’années. «La période active de formation des étoiles dans l’Univers serait donc survenue seulement 1,1 mil­liard d’années après le big bang. C’est un milliard d’années plus tôt qu’on pensait», résume Yashar Hezaveh.

Les astronomes tiennent généralement pour acquis que toutes les parties de l’Univers répondent aux mêmes lois de la physique. C’est donc dire que la découverte de Yashar Hezaveh, en nous aidant à mieux comprendre comment et à quel moment les galaxies lointaines se sont formées, vient enrichir les connaissance des origines de notre propre galaxie, la Voie lactée. Pas mal pour un jeune homme qui confie ne pas être allé au bout de ses rêves: «À quatre ans, je voulais devenir astronaute. À huit ans, j’ai changé d’avis. Je me suis dit que je serais astronome. Ça me semblait plus réaliste.»

 

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