Les chances de succès inciteraient un bookmaker de Vegas à s'asseoir et à en prendre note. Mais sur une chance sur 10 millions, les astronomes du ciel ont découvert un groupe de quatre quasars très compacts dans l'une des parties les plus éloignées de l'univers. Le groupe rare peut être un amas de galaxies naissant, et son berceau de gaz inhabituellement froid pourrait inciter à repenser notre façon de modéliser l'univers primitif.
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Les quasars sont parmi les objets les plus brillants connus - selon la NASA, chacun dégage plus d'énergie que 100 galaxies matures combinées. Mais les quasars ne se trouvent que dans les confins de l'univers et ne peuvent être vus à l'œil nu. En raison du temps nécessaire pour parcourir cette distance, détecter de tels objets lointains revient à remonter dans le temps. Les astronomes pensent donc que les quasars sont les graines de jeunes galaxies, alimentées par les gaz qui tombent dans les trous noirs supermassifs de leur noyau. Lorsque la matière tombe vers l'intérieur et se rapproche de la vitesse de la lumière, elle émet un rayonnement que nous pouvons capter avec des télescopes.
La phase de quasar ne dure pas longtemps, seulement un millième de la vie d'une galaxie. Après cela, la luminosité diminue à mesure que l'afflux de matière ralentit, explique Joseph Hennawi, directeur de l'étude, astrophysicien à l'Institut Max Planck en Allemagne. Voir deux quasars proches l'un de l'autre alors qu'ils sont encore brillants est une affaire incertaine. Son équipe n'était donc pas sûre de ce qu'elle trouverait en cherchant à sonder les quasars à l'aide de l'observatoire WM Keck à Hawaii. À leur grande surprise, ils ont rapidement localisé quatre d’entre eux, cosmiquement parlant. Le quatuor est entouré de moins de 600 000 années-lumière de ciel, à environ 10 milliards d'années-lumière de la Terre.
"Les auteurs l'ont trouvée en enquêtant sur l'environnement de seulement 29 brillants quasars", explique Michele Trenti, maître de conférences à la faculté de physique de l'Université de Melbourne. "Donc, à première vue, cela ressemble à gagner à la loterie avec une poignée de billets."
Ce n'est pas tout ce qui était étrange à propos de ce quatuor quasar. Le quatuor a été découvert dans un nuage de gaz sombre et froid, et les observations de l'équipe suggèrent que des nuages similaires entourent environ 10% des dizaines de milliers de quasars connus. C'est étrange, car selon les théories actuelles, les quasars de groupes comme celui-ci devraient être entourés de plasma chaud, ou de gaz ionisé, à une température d'environ 10 millions de degrés.
«Cela signifie qu'il existe un processus physique que les modèles ne capturent pas», explique Hennawi, dont l'équipe rapporte la découverte cette semaine dans Science .
Cette image du télescope Keck montre la région de l'espace occupé par le rare quatuor de quasars, chaque quasar étant indiqué par des flèches. Les quasars sont noyés dans une nébuleuse géante de gaz dense et dense, visible ici sous la forme d’une brume bleue. (Hennawi & Arrigoni-Battaia, MPIA) Alors, quoi de neuf? La zone observée par les astronomes contient beaucoup plus de galaxies que d’autres régions, ce qui laisse à penser que le quartet de quasars pourrait représenter les premières étapes de la formation d’un amas de galaxies. Les amas de galaxies sont parmi les plus grands objets de l'univers, mesurant des centaines de millions d'années-lumière de bout en bout. La Voie lactée, par exemple, fait partie d'un groupe de 54 galaxies appelé le groupe local, qui a environ 10 millions d'années-lumière.
Comprendre comment ces groupes inhabituels de quasars ont été formés peut nous aider à comprendre comment l’univers a grandi et évolué, ce qui revient à retracer la croissance d’un fœtus en un adulte, de manière à comprendre comment une population se dessine. Bricoler avec les simulations informatiques que les scientifiques utilisent pour tester des modèles de l'univers primitif pourrait aider, dit Hennawi. Un problème cependant est que les simulations doivent couvrir une large gamme d’échelles, allant de centaines de millions d’années-lumière à quelques milliers. "Cela fait beaucoup de dynamique", dit Hennawi. Les quasars sont des objets relativement petits, chacun ayant à peu près la taille de notre système solaire. Il est donc difficile pour un modèle de montrer comment ils s'intègrent à la réalité.
Par exemple, il est possible que de nombreuses proto-galaxies très rapprochées se soient heurtées et aient craché du gaz dans la région, créant ainsi un nuage géant rempli de quasars. Mais cela n'explique toujours pas très bien la température du gaz. Heureusement, ce n'est probablement pas le seul quatuor de ce type dans l'univers, et traquer les autres aidera les astronomes à comprendre comment ils se forment. «Maintenant que ce genre de nébuleuse a été retrouvée, nous savons comment la voir», dit Hennawi.
