Euclid découvre les quasars les plus anciens de l’Univers

Les quasars correspondent à une brève phase de la vie d’une galaxie, durant laquelle d’importantes quantités de matière sont aspirées en spirale vers le trou noir supermassif central, libérant ainsi d’énormes quantités d’énergie. Au cours de cette phase, le noyau de la galaxie brille plus intensément que tout autre objet de l’Univers, éclipsant la lumière du reste de sa galaxie hôte d’un facteur cent à mille. 

La quête des tout premiers quasars de l’Univers dure depuis des décennies. Ces objets particuliers sont des témoins des tout débuts du cosmos, ils révèlent notamment comment les premiers trous noirs supermassifs et les premières galaxies ont pris forme. Cependant, les quasars de cette époque sont difficiles à repérer. Ils sont rares, car peu de galaxies avaient encore eu le temps d’atteindre une taille suffisante dans ces temps reculés, et leur lumière primordiale est à la fois faible et facile à confondre avec celle des étoiles situées plus près de nous.

Euclid, lancé en 2023, explore en profondeur cette partie mystérieuse de l’histoire cosmique ancienne – avec des résultats passionnants. Le télescope vient de découvrir un nombre sans précédent de 31 nouveaux quasars dans l’Univers primitif, remontant à une époque où le cosmos n’avait que 5 % de son âge actuel. 

« Ces premiers quasars remontent aux tout débuts de l’Univers, explique Daming Yang, de l’université de Leyde aux Pays-Bas, auteur principal de l’article présentant la découverte d’Euclid. En les repérant et en les étudiant, nous pouvons mieux comprendre comment ces systèmes gigantesques se sont formés et ont grandi si rapidement – l’un des plus grands mystères de l’astrophysique. »

Les premiers quasars que nous connaissions jusqu’à présent ne représentaient que la pointe de l’iceberg. Il s’agissait des rares objets assez lumineux pour être facilement repérables. Nous n’avions tout simplement pas trouvé suffisamment de quasars datant des débuts de l’Univers pour pouvoir les étudier correctement en tant que groupe. La nouvelle découverte d’Euclid change la donne, en permettant d’étudier la majeure partie de la population des quasars anciens. 

« Euclid change véritablement la donne, ajoute Daming. Auparavant, nous ne pouvions repérer qu’une poignée de quasars anciens parmi les plus brillants, mais Euclid nous permet d’explorer bien plus efficacement de vastes zones du ciel pour capter une lumière bien plus faible. C’est un outil unique pour la chasse aux quasars. »

Cette découverte ajoute 12 nouveaux quasars présentant un « décalage vers le rouge » – une mesure de la distance et du mouvement liée à la façon dont la lumière se propage dans notre cosmos en expansion – de 7 ou plus, ce qui correspond aux 770 premiers millions d’années de l’Univers. 

Les deux plus anciens de ce lot, EUCL J172902.75+641018.1 et EUCL J125308.55+705432.3, présentent des décalages vers le rouge de 7,77 et 7,69 respectivement, établissant ainsi un nouveau record pour les quasars les plus anciens jamais découverts. Tous deux se trouvent à un peu plus de 13 milliards d’années-lumière et sont apparus au cours des 670 premiers millions d’années de l’Univers.

« Cette découverte fait plus que doubler le nombre de quasars aussi anciens que nous connaissons », explique Antonio La Marca, chercheur de l’ESA au sein de l’équipe Euclid. Il a fallu plus d’une décennie aux astronomes pour découvrir les quelque dix premiers quasars présentant un décalage vers le rouge de 7 ou plus – mais Euclid en a déjà découvert davantage en une seule année.

« L’équipe d’Euclid a réalisé pour la première fois un véritable “recensement” des quasars à l’aube de l’Univers, ajoute Antonio. C’est un grand pas en avant pour comprendre ces objets fascinants à un niveau plus fondamental. »

Le deuxième plus ancien quasar découvert par Daming et ses collègues a récemment fait l’objet d’une étude plus approfondie menée par Silvia Belladitta et ses collaborateurs. Ces observations ont montré que le quasar est niché au cœur d’une galaxie riche en poussières et gaz, où de nouvelles étoiles se forment à un rythme effréné, ce qui donne un aperçu de ce à quoi pourrait ressembler la galaxie hôte d’un trou noir supermassif primitif. 

Les quasars nous ramènent à une période fascinante de l’histoire cosmique connue sous le nom d’« ère de la réionisation » : lorsque toute la matière est passée d’un état froid et sombre (l’« âge sombre ») à un état chaud et « ionisé » (dissocié par une lumière énergétique). Cette époque de transition a été une période cruciale qui a préparé le terrain pour tout ce que nous observons aujourd’hui.

« Les quasars anciens sont des découvertes rares. Ils sont intéressants en eux-mêmes, mais constituent également des machines à remonter le temps qui nous permettent d’explorer l’Univers primitif et de comprendre comment la première génération de galaxies a vu le jour, explique Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid à l’ESA. Les capacités d’Euclid sont inégalées. Ce télescope allie une grande surface d’observation, une grande profondeur de champ, une imagerie d’une grande netteté et une vision infrarouge spatiale unique, ce qui nous permet de repérer des objets rares et extrêmement lointains bien plus efficacement qu’auparavant. Et cela ne tient pas uniquement au télescope. Le traitement des données n’est possible que grâce aux milliers de scientifiques et d’ingénieurs du consortium Euclid qui travaillent ensemble pour aboutir à des découvertes scientifiques, en passant au crible d’énormes ensembles de données afin d’identifier des quasars rares et lointains que nous pourrons étudier plus en détail à l’aide de télescopes au sol. »

Les 31 quasars mentionnés ici ont été découverts dans les données de l’Euclid Wide Survey, qui couvrira plus d’un tiers du ciel total une fois achevé. Euclid dévoilera les secrets de l’Univers sombre : le télescope explore sa composition, son histoire et son évolution, et cartographie sa structure à grande échelle, observant des milliards de galaxies et, ce faisant, révélant de nombreux quasars.

Lire le communiqué de l'ESA.