Tout comme un photographe créant un portfolio de ses meilleurs clichés, les astronomes ont assemblé un nouveau portrait, toujours meilleur, de la vue la plus profonde de l’Univers.

Appelé eXtreme Deep Field (XDF – champ extrêmement profond en français), cette image est le résultat de 10 années de photographies prises par le télescope spatial Hubble de la NASA au centre d’une région du ciel connue sous le nom d’Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Pour comparaison, le XDF représente l’équivalent d’une petite fraction du diamètre angulaire de la pleine Lune.

Le HUDF est une image d’une petite région de l’espace située dans la constellation du Fourneau (inutile de chercher celle-ci, c’est une constellation très peu lumineuse de l’hémisphère sud), créée en utilisant des données du télescope Hubble de 2003 et 2004. Après avoir collecté une faible lumière durant de nombreuses heures, des milliers de galaxies furent révélées, proches et lointaines, en faisant l’image de l’Univers la plus profonde jamais prise à l’époque.

La nouvelle image en couleur XDF dévoile des galaxies encore plus sombres et inclue de très longues expositions en lumière rouge de la nouvelle caméra infrarouge du télescope. Le XDF contient à peu près 5500 galaxies, et ce malgré son champ de vision plus petit. Les galaxies les plus sombres sont dix milliards de fois moins lumineuses que ce que l’oeil humain peut voir.

De magnifiques galaxies spirales semblables à notre Voie Lactée et notre voisine Andromède apparaissent dans cette image, ainsi que de grandes galaxies rouges et troubles, au sein desquelles la formation d’étoiles a cessé. Ces galaxies rouges sont les vestiges de collisions démesurées entre galaxies et sont désormais sur le déclin. Ici et là, à travers l’image, on observe d’autres galaxies plus petites et plus sombres toujours plus lointaines, similaires aux « graines » qui ont donné naissance aux majestueuses galaxies d’aujourd’hui. L’histoire des galaxies – depuis très tôt après la formation des premières d’entre elles jusqu’au grandes galaxies actuelles, telle notre Voie Lactée – est retracée dans cette image unique.

Hubble a observé une minuscule région du ciel austral à travers des observations répétées pour un total de 50 jours, avec un temps d’exposition de 2 millions de secondes. Plus de 2000 images du même champ ont été prises avec les deux meilleures caméras de Hubble – Advanced Camera for Surveys et la Wide Field Camera 3 – et combinées pour former le XDF.

© NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (University of California, Santa Cruz), R. Bouwens (Leiden University), and the HUDF09 Team

L’Univers est vieux de 13,7 milliards d’années, et le XDF dévoile des galaxies parfois vieilles de 13,2 milliards d’années. La plupart des galaxies du XDF sont visibles telles qu’elles étaient quand elles étaient jeunes et petites, grandissant parfois violemment tandis qu’elles se percutaient et fusionnaient. L’Univers jeune était tumultueux, et à cette époque les galaxies contenaient de brillantes étoiles bleues, extraordinairement plus lumineuses que notre Soleil. La lumière de ces évènements passés n’arrive sur Terre que maintenant, et le XDF est en quelque sorte « un voyage temporel vers le passé ». La galaxie la plus jeune du XDF existait déjà seulement 450 millions d’années après le Big Bang.

Avant qu’Hubble ne soit lancé en 1990, les astronomes pouvaient difficilement voir des galaxies normales à des distances de l’ordre de 7 milliards d’années-lumière, à peu près à mi-chemin de l’Univers. Les observations faites avec des télescopes terrestres ne permettaient pas d’établir comment les galaxies se sont formées et ont évolué dans l’Univers jeune.

Hubble a donné aux astronomes leur première vision des véritables formes des galaxies dans leur jeunesse. Ceci fournit la preuve convaincante que l’Univers change énormément au fur et à mesure qu’il vieillit. Comme les images d’un film, ces observations de Hubble montrent l’émergence de la structure de l’Univers naissant et les différentes étapes de l’évolution des galaxies.

La vision infrarouge du futur télescope spatial James Webb se tournera en direction du XDF, et permettra d’observer des galaxies plus sombres encore, qui existaient alors que l’Univers n’était âgé que de quelques centaines de millions d’années. A cause de l’expansion de l’Univers, la lumière en provenance du passé est « étirée » vers de plus grandes longueurs d’ondes, dans l’infrarouge. La vision infrarouge du télescope Webb sera idéale pour repousser davantage les limites du XDF, et révéler une époque durant laquelle les premières étoiles et galaxies se sont formées, « remplissant » ainsi les âges sombres de l’Univers de lumière.

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