Un télescope sud-africain capte un signal radio record provenant du jeune univers.

Bien au-delà de ce que les radiotélescopes captent d’ordinaire, un réseau d’antennes en Afrique du Sud a enregistré un signal exceptionnellement puissant venu des profondeurs de l’Univers. Ce faisceau remonte à une époque où le cosmos était encore jeune, et il doit sa visibilité à un concours de circonstances cosmique de nature à surprendre même des astronomes chevronnés.

Un signal radio parcourt plus de huit milliards d’années-lumière

Au cœur de l’étude se trouve un groupement de galaxies très lointain, répertorié sous la désignation HATLAS J142935.3-002836. Deux galaxies y entrent en collision, déclenchant un phénomène qui ne se forme que dans des environnements extrêmes : un hydroxyl-mégamaser - l’équivalent d’un laser, mais en ondes radio et à l’échelle d’une galaxie entière.

Le signal provient d’une période où l’Univers n’avait qu’environ cinq milliards d’années. Depuis, le faisceau a traversé plus de la moitié de l’étendue du cosmos observable avant d’atteindre, en avril 2025, les récepteurs du radiotélescope sud-africain MeerKAT.

"Le faisceau radio détecté est considéré comme le signal de ce type le plus lointain à ce jour - et en même temps comme l’un des plus puissants jamais mesurés."

Sur une trajectoire aussi gigantesque, un faisceau de ce genre s’affaiblit normalement jusqu’à se perdre dans le bruit de fond de l’espace. Pourtant, entre la source et la Terre, un troisième acteur se trouvait au bon endroit au bon moment.

Lentille gravitationnelle : une galaxie transformée en loupe cosmique

À peu près à mi-chemin entre le duo de galaxies en collision et la Terre se situe une autre galaxie, très massive. Sa gravité courbe l’espace-temps à un point tel qu’elle agit comme une lentille invisible. Cet effet, appelé lentille gravitationnelle, concentre la lumière radio et amplifie le signal de façon spectaculaire.

La galaxie intermédiaire ne se contente pas de dévier le rayonnement de HATLAS J142935 : elle le focalise. Résultat, le mégamaser lointain apparaît nettement plus lumineux qu’il ne le serait sans ce coup de pouce. C’est précisément ce renforcement cosmique qui a rendu la détection possible.

• Source : paire de galaxies en collision avec un émetteur radio très intense
  
• Lentille : galaxie massive à distance intermédiaire
  
• Récepteur : radiotélescope MeerKAT en Afrique du Sud
  

L’équipe dirigée par Marcin Glowacki (Université de Pretoria) a repéré cette configuration rare dans des données du MeerKAT Absorption Line Survey. Dans une prépublication sur arXiv, les chercheurs décrivent un alignement à trois : source, lentille et Terre se placent si précisément sur une même ligne que l’amplification du faisceau devient maximale - un véritable coup au but cosmique.

MeerKAT : 64 antennes dans le désert du Karoo

Pour avoir une chance de dénicher un tel signal, il faut un instrument comme MeerKAT. L’installation réunit 64 antennes paraboliques, réparties dans la région sud-africaine du Karoo. Ensemble, elles fonctionnent comme un télescope virtuel géant, doté d’une sensibilité remarquable aux ondes radio.

MeerKAT suit de vastes portions du ciel austral et a été pensé pour détecter des signaux extrêmement faibles venus de très loin. Les signaux amplifiés par des lentilles gravitationnelles sont, à ce titre, particulièrement adaptés aux campagnes d’observation à grande échelle.

"MeerKAT agit comme un système d’alerte précoce pour des balises radio exotiques dans l’espace et montre ce que la prochaine génération de télescopes rendra possible."

Quand des galaxies se percutent : la fabrique d’un hydroxyl-mégamaser

L’origine du signal se situe dans une zone où deux galaxies se heurtent de plein fouet. Leurs gigantesques nuages de gaz et de poussières se retrouvent comprimés, chauffés et brassés. Dans ces conditions extrêmes, certaines molécules - surtout l’hydroxyle (OH) - passent dans un état excité.

Ces molécules excitées émettent alors des ondes radio, non pas de manière désordonnée, mais de façon largement cohérente et amplifiée. Le mécanisme rappelle celui d’un laser en laboratoire, sauf qu’ici, ce sont des nuages de gaz interstellaires qui jouent le rôle de milieu amplificateur.

Qu’est-ce qu’un mégamaser, exactement ?

Quelques caractéristiques clés de ces sources de rayonnement peu communes :

• Type de rayonnement : ondes radio dans la gamme des centimètres
  
• Origine : molécules telles que l’hydroxyle, l’eau ou le méthanol
  
• Amplification : des conditions favorables de densité et de température produisent une émission analogue à celle d’un laser
  
• Environnement : nuages de gaz denses, galaxies en collision, noyaux galactiques actifs
  

Dans le cas de HATLAS J142935, l’équipe estime le taux de formation d’étoiles à plusieurs centaines de masses solaires par an. À titre de comparaison, la Voie lactée ne forme qu’environ une masse solaire par an. Cette activité hors norme maintient les molécules d’hydroxyle dans un état leur permettant de rayonner de l’énergie de manière répétée.

De l’hydroxyl-mégamaser à l’hydroxyl-gigamaser : une nouvelle échelle franchie

La luminosité observée dépasse tout ce qui était connu jusqu’ici pour les hydroxyl-mégamasers. Glowacki et ses collègues proposent donc d’introduire une nouvelle sous-catégorie : l’hydroxyl-gigamaser. Le terme vise à souligner qu’il ne s’agit pas simplement d’un mégamaser un peu plus puissant, mais d’un scénario extrême.

"L’intensité suggère des processus d’une violence exceptionnelle au centre des galaxies en collision."

Pour la recherche, c’est une aubaine. De telles sources offrent une fenêtre sur les régions internes de galaxies lointaines, là où le gaz s’accumule, où des trous noirs grossissent et où de nouvelles étoiles naissent. Le rayonnement radio indique notamment quelle quantité de gaz moléculaire est présente, comment elle est distribuée et à quel point elle est mise en mouvement.

Ce que les astronomes peuvent déduire de ce signal

L’étude - d’abord relayée par des portails spécialisés - illustre comment exploiter des raies radio pour mesurer des galaxies très éloignées. Chaque raie transporte une sorte d’empreinte des conditions locales : densité, température, direction du mouvement, vitesse.

Avec suffisamment de mégamasers et de gigamasers, il devient possible, par exemple, d’estimer la fréquence des collisions de galaxies dans l’Univers jeune. On peut aussi mieux cerner le rôle de ces fusions dans la formation de grandes galaxies comme la Voie lactée.

Grandeur mesurée	Information
Fréquence de la raie	Distance et mouvement de la galaxie
Largeur de la raie	Vitesses et turbulences dans le gaz
Luminosité de la raie	Densité des molécules et intensité de l’amplification du rayonnement

MeerKAT comme précurseur du Square Kilometre Array (SKA)

MeerKAT n’est qu’une étape. Dans les prochaines années, le Square Kilometre Array (SKA) prend forme en Afrique du Sud et en Australie : un ensemble de milliers d’antennes offrant une surface collectrice effective d’environ un kilomètre carré. Les premières composantes doivent entrer en exploitation scientifique en 2028.

Par rapport à MeerKAT, ce nouvel instrument devrait être environ un ordre de grandeur plus sensible. C’est ce qui rendra possible, à grande échelle, la recherche de mégamasers plus faibles. Les chercheurs s’attendent à découvrir des milliers de sources jusqu’ici invisibles, accessibles soit grâce aux lentilles gravitationnelles, soit grâce à la sensibilité accrue.

"Avec SKA, une sorte de carte du ciel des « radiolasers » cosmiques devient à portée de main."

À l’avenir, les équipes souhaitent viser plus systématiquement des régions abritant des amas de galaxies particulièrement massifs. Ces zones produisent souvent des lentilles gravitationnelles multiples, formant un réseau d’amplificateurs naturels. Chaque amplification augmente la probabilité de repérer des mégamasers très lointains.

Pourquoi cette découverte intéresse aussi les non-spécialistes

Même sans formation en physique, on peut tirer plusieurs enseignements de ce résultat. D’abord, il rappelle à quel point l’Univers regorge de processus extrêmes que nous ne faisions qu’entrevoir. Ce qui ressemble à des raies radio abstraites correspond en réalité à des collisions titanesques, où des galaxies entières sont disloquées puis réassemblées.

Ensuite, ce gigamaser montre qu’un simple hasard cosmique peut modifier notre vision du ciel. Si la lentille avait été très légèrement décalée, le signal serait resté indétectable. De nombreuses sources semblables demeurent probablement invisibles jusqu’à ce que l’alignement soit idéal.

Notions de base en bref

• Année-lumière : distance parcourue par la lumière en un an - environ 9 500 milliards de kilomètres.
  
• Lentille gravitationnelle : effet par lequel la gravité d’objets massifs dévie et amplifie la lumière et les ondes radio.
  
• Molécule d’hydroxyle : assemblage d’un atome d’oxygène et d’un atome d’hydrogène, important dans les nuages de gaz cosmiques.
  
• Radiotélescope : réseau d’antennes qui capte les ondes radio de l’espace, à la manière d’une radio extrêmement sensible.
  

Si MeerKAT, puis SKA, repèrent davantage de signaux de ce type, une image toujours plus précise de l’Univers primordial se dessinera au fil des prochaines années. Collisions, naissances d’étoiles et croissance des trous noirs ne resteront plus de vagues théories : ce seront des phénomènes mesurables, dont les signaux voyagent depuis des milliards d’années à travers le cosmos - jusqu’à rencontrer, dans un désert d’Afrique australe, une poignée d’antennes métalliques.