Regarder loin dans l'espace, c'est regarder loin dans le temps. La lumière de la source TXS 2354+015, que des astronomes viennent de confirmer, a voyagé pendant près de 12,5 milliards d'années avant d'atteindre nos télescopes. Selon Phys.org, qui relaie ces travaux, il s'agit d'une radiogalaxie puissante dont le décalage vers le rouge a été mesuré à 4,946, et qui pourrait être la plus puissante jamais découverte à une époque aussi reculée. Les résultats ont été publiés sur le serveur de prépublications arXiv le 23 septembre : ils n'ont donc pas encore franchi l'étape de la révision par les pairs, ce qui invite à la prudence.
Ce qu'on a découvert
Une radiogalaxie est une galaxie dont le cœur abrite un trou noir supermassif en pleine activité. La matière qui tombe vers lui forme un disque brûlant et, surtout, alimente deux jets de particules propulsés à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces jets, qui s'étendent parfois sur des centaines de milliers d'années-lumière, émettent de fortes ondes radio, d'où le nom de la catégorie.
Selon Phys.org, la source TXS 2354+015 avait d'abord été repérée comme candidate à grand décalage vers le rouge grâce à une signature caractéristique : une chute brutale de la lumière dans le domaine optique. Ce phénomène s'explique par l'absorption, par l'hydrogène intergalactique, des photons ultraviolets de l'objet, qui disparaissent du spectre visible lorsque la source est très lointaine. Une spectroscopie de suivi a ensuite permis de fixer son décalage vers le rouge à 4,946, ce qui la place à une époque où l'Univers n'avait qu'environ 1,2 milliard d'années, soit moins de 10 % de son âge actuel.
Pourquoi le décalage vers le rouge compte
À mesure que l'Univers s'étend, la longueur d'onde de la lumière qui le traverse s'allonge. Plus un objet est lointain, plus sa lumière est « étirée » vers le rouge, et plus la valeur du décalage est élevée. Une valeur proche de 5 correspond à un objet vu dans la première partie de l'histoire cosmique. C'est la méthode standard des astronomes pour dater et situer les objets les plus éloignés : on ne mesure pas directement la distance, on la déduit de l'étirement du spectre.
Cette confirmation spectroscopique est essentielle. Un candidat repéré par sa seule couleur peut se révéler être un objet plus proche, ou un objet d'un autre type. C'est la spectroscopie, en identifiant des raies d'émission précises, qui verrouille le décalage et donc l'âge de la lumière reçue.
Une puissance qui pose problème
Si la puissance de TXS 2354+015 se confirme, la source devient un cas d'étude embarrassant pour les modèles de formation des galaxies. Un trou noir capable d'alimenter des jets radio aussi énergiques doit avoir accumulé une masse considérable. Or, à peine plus d'un milliard d'années après le Big Bang, le temps disponible pour y parvenir est court.
C'est une tension connue de l'astrophysique moderne. Les observations de quasars lointains, ces noyaux de galaxies extrêmement lumineux, ont déjà montré que des trous noirs de plusieurs centaines de millions, voire de milliards de masses solaires existaient très tôt. Comment ont-ils grossi si vite ? Plusieurs scénarios sont discutés : des « graines » initiales déjà massives, formées par l'effondrement direct de nuages de gaz, ou des phases d'accrétion très rapides, au-delà des limites habituellement admises. Une radiogalaxie aussi puissante à cette époque ajoute une contrainte supplémentaire, car elle suggère qu'une partie de ces trous noirs lançaient déjà des jets relativistes.
Les jets, acteurs de l'évolution des galaxies
Les jets des radiogalaxies ne sont pas de simples curiosités. Ils injectent de l'énergie dans le gaz qui entoure la galaxie et peuvent, selon les cas, l'empêcher de se refroidir et donc de former des étoiles, ou au contraire déclencher des flambées de formation stellaire dans certaines régions. Ce « rétroaction » du trou noir sur sa galaxie hôte est l'un des mécanismes centraux invoqués pour expliquer pourquoi les galaxies ont la taille et la composition qu'on leur observe.
Observer un tel système dans l'Univers jeune permet donc de tester ces idées à la source : quelle quantité d'énergie les jets libéraient-ils, et sur quel milieu agissaient-ils ? À cette époque, le gaz intergalactique était aussi plus dense et plus chaud, ce qui modifie la manière dont les ondes radio se propagent et sont détectées.
Ce qui reste à établir
Plusieurs réserves s'imposent. D'abord, le qualificatif de « plus puissante jamais découverte » est formulé au conditionnel : il dépend des mesures de luminosité radio et de leur correction pour les effets de distance, ce que seul un examen détaillé par la communauté pourra valider. Ensuite, la prépublication n'a pas encore été évaluée par des pairs. Enfin, d'autres radiogalaxies lointaines pourraient échapper aux relevés actuels, qui sont limités par la sensibilité des instruments et par la difficulté à repérer ces objets par leur seule signature optique.
La suite logique consiste à multiplier les observations dans plusieurs longueurs d'onde : radio pour cartographier les jets, infrarouge pour sonder la galaxie hôte et estimer sa masse en étoiles, rayons X pour mesurer l'activité du trou noir. Ces données permettraient de mieux situer la source dans la lignée des objets déjà connus, et de savoir si elle est une exception ou le premier exemple visible d'une population plus nombreuse.
Un jalon dans une quête plus large
TXS 2354+015 s'inscrit dans l'effort mondial pour comprendre l'aube cosmique, cette période où les premières étoiles, galaxies et trous noirs ont émergé. Chaque objet confirmé à grand décalage vers le rouge est un point de repère sur la carte de cette période. La véritable valeur de la découverte tiendra moins à son statut de record qu'à ce qu'elle apprendra sur la vitesse à laquelle l'Univers a construit ses structures les plus extrêmes.
Pour l'instant, une certitude : la lumière de cette source, partie bien avant la formation du Soleil et de la Terre, vient de livrer une pièce de plus au puzzle. Reste à savoir si elle remettra en cause nos modèles ou si elle viendra simplement les affiner.