En Afrique du Sud, un radiotélescope a capté une émission partie il y a environ huit milliards d’années. Le signal provient de deux galaxies en collision, a été amplifié en chemin par une « loupe » cosmique et pulvérise tous les records connus dans sa catégorie. Derrière cette observation spectaculaire, il n’y a pas seulement un concours de circonstances : les chercheurs s’appuient aussi sur une méthode récente qui doit permettre, à l’avenir, de repérer des milliers de « lasers venus de l’espace » comparables.
Comment un hasard cosmique a rendu possible un signal record
Au centre de cette histoire figure un objet lointain au nom très technique : HATLAS J142935.3-002836. Cette galaxie existait à une époque où l’Univers n’avait qu’environ cinq milliards d’années, soit moins de la moitié de son âge actuel. C’est depuis cette région qu’un signal radio fortement focalisé a été émis.
Avant d’atteindre la Terre, cette émission a parcouru plus de huit milliards d’années-lumière - autrement dit plus de la moitié de l’étendue mesurable de l’Univers - puis a été interceptée par les antennes du radiotélescope sud-africain MeerKAT. À une telle distance, ce type de rayonnement devrait en principe être trop étalé et trop faible pour rester détectable.
« Seule une combinaison extrêmement favorable de trois objets célestes a rendu l’observation possible. »
Entre la galaxie source et nous se trouve en effet une seconde galaxie très massive, presque exactement alignée sur la ligne de visée. Sa gravité courbe l’espace autour d’elle et, ce faisant, dévie aussi la trajectoire des ondes radio. C’est l’effet de lentille gravitationnelle.
Le résultat ressemble à celui d’une loupe : la galaxie intermédiaire renforce le signal reçu, le concentre et le rend bien plus lumineux que ce qu’on attendrait à cette distance. Sans ce trio cosmique - source, « loupe » et Terre quasi alignées - le signal serait tout simplement resté invisible.
Une équipe menée par l’astrophysicien Marcin Glowacki, à l’Université de Pretoria, a mis au jour cette configuration rare dans les données du MeerKAT Absorption Line Survey. Les premiers résultats, déposés sur le serveur de prépublications arXiv, décrivent une sorte d’expérience fortuite du ciel, offrant aux chercheurs une fenêtre sur des zones qui dépassent habituellement les limites de mesure.
MeerKAT : de gigantesques « oreilles » radio dans le désert du Karoo
La détection a été réalisée grâce à MeerKAT, en Afrique du Sud. L’instrument regroupe 64 antennes paraboliques réparties sur de grandes distances dans les paysages arides du Karoo. Ensemble, elles fonctionnent comme un télescope virtuel géant, d’une finesse d’écoute remarquable pour les ondes radio.
MeerKAT scrute presque en continu de vastes portions du ciel austral. Les chercheurs ciblent notamment les secteurs où des lentilles gravitationnelles peuvent apparaître, par exemple là où se concentrent de nombreuses galaxies massives ou des amas de galaxies. C’est précisément dans ces zones qu’ils espèrent capter des signaux amplifiés comme celui-ci.
- Localisation : désert du Karoo, Afrique du Sud
- Nombre d’antennes : 64 paraboles individuelles
- Mise en service : fin des années 2010
- Atout : très grande sensibilité aux ondes radio extrêmement faibles
- Rôle : précurseur et composant du futur Square Kilometre Array (SKA)
En avril 2025, le réseau a enregistré un signal d’une luminosité inhabituelle. L’analyse a montré qu’il provenait d’une zone où deux galaxies se heurtent violemment. C’est dans ce type d’environnement qu’apparaît un phénomène très énergétique : un mégamaser d’hydroxyle.
Quand des galaxies entrent en collision et allument un « laser » cosmique
La source physique du signal record peut paraître banale au premier abord : des molécules d’hydroxyle, c’est-à-dire des assemblages d’un atome d’oxygène et d’un atome d’hydrogène (OH). Tout se joue dans leur localisation : au cœur d’une collision galactique intense.
Lorsque deux galaxies s’entrechoquent, leurs nuages de gaz et de poussières s’entremêlent. D’immenses réservoirs de gaz sont comprimés, des fronts de choc et des ondes de choc se forment. Dans ces conditions extrêmes, les molécules OH se retrouvent dans un état d’excitation particulier.
Si les paramètres sont réunis, ces molécules émettent alors des ondes radio non pas de manière diffuse, mais sous forme d’un faisceau renforcé et cohérent. Le mécanisme rappelle, de façon générale, celui d’un laser - mais dans le domaine radio. Les spécialistes parlent de maser (amplification des micro-ondes par émission stimulée de rayonnement). Quand l’émission devient exceptionnellement puissante, on parle de mégamaser.
« Dans le cas de HATLAS J142935, les chercheurs évoquent même un possible “gigamaser” - une catégorie nouvelle et encore plus extrême. »
La luminosité mesurée dépasse celle de tous les hydroxyle-mégamasers déjà connus. L’équipe de Glowacki propose donc de classer l’objet à part. Le terme « gigamaser » vise à souligner à quel point ce signal est plus énergétique que les exemples habituellement observés.
Usine à sursaut de formation stellaire : des centaines de Soleils par an
Ce qui alimente une telle puissance, c’est le rythme vertigineux de formation d’étoiles dans ces galaxies en interaction. Les estimations indiquent plusieurs centaines de masses solaires par an. Dans la Voie lactée, ce taux n’est que de une à deux masses solaires par an.
Ces phases de « starburst » produisent une abondance de rayonnement et de processus de choc, qui maintiennent les molécules OH continuellement excitées. L’effet maser reste ainsi actif et se manifeste comme un phare radio traversant l’espace.
Ce que les chercheurs peuvent tirer d’un tel signal radio
Les ondes radio issues d’un gigamaser transportent une grande quantité d’informations. Elles indiquent où se situe le gaz moléculaire dense dans la galaxie en collision, à quelle vitesse il se déplace et à quel point il est concentré. Les astrophysiciens disposent ainsi d’un moyen de cartographier les régions internes de galaxies extrêmement lointaines.
L’intérêt est aussi de relier ces signaux maser à l’histoire de l’évolution des galaxies. Les collisions jouent un rôle majeur dans la façon dont les grandes galaxies se construisent et se transforment sur des milliards d’années. À chaque nouvelle détection, l’image se précise : fréquence des fusions, intensité des interactions, conditions physiques associées.
Les radiotélescopes ont en outre un avantage lorsque la poussière brouille la vue : là où l’optique atteint vite ses limites, les ondes radio traversent relativement bien les nuages de poussières. Les observations radio permettent donc d’accéder à des zones totalement occultées en lumière visible.
MeerKAT en éclaireur : la chasse à des milliers de masers cachés commence
Cette découverte est présentée comme le premier hydroxyle-gigamaser rendu observable grâce à une lentille gravitationnelle. Cette combinaison - un maser intrinsèquement puissant mais trop lointain, « relevé » par une loupe cosmique - sert désormais de modèle pour d’autres trouvailles.
Les astrophysiciens estiment que l’Univers abrite de nombreuses sources maser du même type, mais qu’elles restent inaperçues faute de luminosité suffisante. Dès qu’une lentille gravitationnelle intervient, ces objets auparavant invisibles deviennent accessibles aux radiotélescopes modernes.
MeerKAT joue ici le rôle de banc d’essai pour un programme plus ambitieux : le Square Kilometre Array (SKA). Dans les prochaines années, des milliers d’antennes doivent être déployées en Afrique du Sud et en Australie, avec une surface collectrice équivalente à environ un kilomètre carré. La sensibilité aux faibles ondes radio augmenterait alors d’environ un facteur dix.
« Avec le SKA, les chercheurs veulent établir un registre quasi exhaustif des masers lointains - du cosmos proche jusqu’aux toutes premières époques de la formation des galaxies. »
Les campagnes d’observation viseront plus systématiquement les régions du ciel riches en amas de galaxies massifs, car c’est là que se forment les lentilles gravitationnelles les plus fortes. La nature pourra ainsi être utilisée comme un champ d’amplification, réparti à l’échelle de tout le cosmos.
Ce que recouvrent des notions comme lentille gravitationnelle et maser
Ces termes peuvent sembler abstraits, mais ils se comprennent assez simplement. Une lentille gravitationnelle peut se comparer à un bloc de verre qui déforme l’image d’une lampe placée derrière, en renforçant localement sa luminosité. Sauf qu’ici, ce n’est pas le verre : c’est la gravité d’une galaxie ou d’un amas qui produit la distorsion.
Un maser, dans son principe, fonctionne un peu comme un pointeur laser sur un bureau : des particules sont excitées, puis libèrent leur énergie sous forme d’un rayonnement concentré. La différence tient à la longueur d’onde (micro-ondes plutôt que lumière visible) et aux dimensions : au lieu de quelques millimètres, ce sont des nuages de la taille d’années-lumière qui participent au phénomène.
Les promesses et les limites de cette approche
L’association des lentilles gravitationnelles, des signaux maser et de radiotélescopes très sensibles ouvre l’accès à de nouveaux indices sur l’Univers jeune. Les chercheurs peuvent notamment obtenir des données sur :
- la répartition du gaz froid et moléculaire dans des galaxies très lointaines ;
- la vitesse et la dynamique lors des collisions de galaxies ;
- les taux de formation stellaire au fil des temps cosmiques ;
- l’impact des fusions sur la croissance des noyaux galactiques.
Des difficultés subsistent toutefois : les lentilles gravitationnelles ne se rencontrent que dans certaines régions du ciel, et leur amplification dépend fortement de la structure précise de la galaxie « lentille ». Il faut donc recalculer les données à l’aide de modèles complexes afin de retrouver la luminosité et la morphologie d’origine de la source.
Pour autant, la mise au jour de ce gigamaser âgé de huit milliards d’années illustre clairement le potentiel de la méthode. Ce qui apparaît aujourd’hui comme un cas exceptionnel dû à un alignement chanceux pourrait, dans quelques années, devenir une routine de grands radiotélescopes - et transformer en profondeur l’accès à l’histoire lointaine de l’Univers.
Commentaires
Aucun commentaire pour le moment. Soyez le premier!
Laisser un commentaire