Galaxies noires
Le quasar HE 0109-3518, entouré d’un cercle rouge, et les douze galaxies noires détectées par le VLT, indiquées en bleu. L’image est une combinaison des observations du VLT avec des données du relevé Digitized Sky Survey 2. Crédit : ESO, Digitized Sky Survey 2, S. Cantalupo (UCSC)

Les galaxies noires

Les galaxies noires sont des corps dont l’existence a été proposée dans le cadre des théories sur la formation et l’évolution des galaxies. Il s’agit de petites galaxies riches en gaz, mais contenant très peu d’étoiles, qui ont dû apparaître pendant les premiers milliards d’années de l’Univers. Elles sont considérées comme les éléments de base qui ont formé les galaxies actuelles, riches en étoiles et beaucoup plus grandes.

Les galaxies noires avaient du mal à produire des étoiles car elles étaient principalement constituées d’hydrogène et d’hélium, les deux seuls éléments créés en quantités significatives pendant la phase de nucléosynthèse primordiale du Big Bang. Il leur manquait donc les éléments plus lourds qui sont créés par la nucléosynthèse stellaire, des éléments lourds qui favorisent de nos jours la formation de nouvelles générations d’étoiles.

Ces galaxies contiennent très peu d’étoiles et n’émettent donc guère de lumière, raison pour laquelle il a fallu attendre si longtemps pour pouvoir confirmer leur existence. Plusieurs techniques de détection ont été utilisées par le passé, en particulier l’analyse du spectre d’objets plus lointains, par exemple les quasars, qui devrait révéler une légère absorption due aux galaxies noires présentes entre le quasar et nous. Ces observations sont néanmoins très difficiles et n’ont pas produit de résultats conclusifs.

Autour du quasar HE 0109-3518

Une étude publiée par l’ESO en 2012 introduisait une nouvelle technique. Elle consiste à observer une région de l’espace entourant un quasar en espérant que quelques galaxies noires se trouvent à proximité. Rappelons qu’un quasar est une galaxie très brillante dont l’énergie provient d’un trou noir supermassif central. Comme le quasar est extrêmement lumineux, il va inonder les galaxies noires environnantes de son rayonnement ultraviolet. Les atomes d’hydrogène de la galaxie absorbent cette énergie puis la libèrent en réémettant de la lumière, un phénomène bien connu puisqu’il s’agit de la fluorescence.

Cette lumière réémise par fluorescence devrait en principe être détectable par nos télescopes. Du fait de l’expansion de l’Univers, elle est un peu décalée en longueur d’onde avant d’atteindre la Terre et nous arrive dans la partie violette du domaine visible. Comme nous parlons de corps qui se trouvent à des milliards d’années-lumière, ce rayonnement est évidemment très faible et il faut de longues poses sur de grands télescopes pour espérer le détecter.

Le résultat de l’ESO provenait de l’observation du quasar HE 0109-3518 par le VLT au Chili. La lumière du quasar a été émise il y a 11 milliards d’années, donc à peine trois milliards d’années après le Big Bang. Les longues poses du VLT ont réussi à mettre en évidence une centaine de corps sombres dans une région d’une dizaine de millions d’années-lumière autour du quasar.

Pour éliminer les galaxies plus classiques, dont la lumière serait d’origine stellaire, les chercheurs n’ont retenu que les corps qui présentaient une raie spectrale nette à la longueur d’onde attendue. Il reste alors douze candidates au titre de galaxie noire. Leur masse typique est d’environ un milliard de masses solaires et leur taux de création d’étoiles cent fois inférieur aux galaxies plus ordinaires de la même époque, comme le prévoyait la théorie.

Les observations dans ce domaine assez nouveau vont continuer et bénéficier en particulier d’un nouveau spectrographe appelé MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer).

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