Un télescope sud-africain capte un immense sursaut radio venu des débuts de l’Univers.

Un radiotélescope installé en Afrique du Sud a capté un signal d’une puissance exceptionnelle, après plus de huit milliards d’années de voyage. Derrière ce "cri" venu de l’Univers jeune se cache la collision titanesque de deux galaxies - rendue détectable grâce à un heureux concours de circonstances cosmique qui a amplifié l’émission.

Un signal radio traverse plus de la moitié de l’Univers observable

L’objet au cœur de l’observation porte le nom très sobre de HATLAS J142935.3-002836. Derrière cette suite de chiffres se trouve en réalité un couple de galaxies entrées en collision il y a environ huit milliards d’années. À cette époque, l’Univers avait approximativement cinq milliards d’années : plus vraiment dans sa prime jeunesse, mais encore très loin de son état actuel.

L’émission a parcouru plus de la moitié de la distance à travers le cosmos observable avant d’atteindre, en avril 2025, les antennes de MeerKAT, dans le désert du Karoo en Afrique du Sud. À une telle distance, des ondes radio de ce type sont généralement bien trop faibles pour être mesurées depuis la Terre.

"Ce n’est qu’un alignement exceptionnel de trois corps célestes qui a rendu ce signal record mesurable."

Entre la source et nous se trouve en effet une troisième galaxie. Sa masse déforme l’espace autour d’elle - un effet décrit par la relativité générale. Cette courbure agit comme une immense loupe naturelle : une lentille gravitationnelle.

Lentille gravitationnelle : la nature installe un télescope dans l’espace

La galaxie intermédiaire est positionnée avec une précision telle sur la ligne de visée qu’elle concentre et renforce les ondes radio issues du duo de galaxies en fusion. Les astronomes parlent d’un "effet de lentille" :

• la masse de la galaxie au premier plan déforme l’espace ;
• les ondes radio sont déviées au cours de leur trajet ;
• le signal nous apparaît plus lumineux et plus intense qu’il ne le serait sans cette lentille.

Ce mécanisme peut multiplier la luminosité d’un objet par un facteur important. Sans ce gain, l’éclat radio de HATLAS J142935 serait tout simplement resté introuvable depuis la Terre. Une équipe dirigée par l’astronome Marcin Glowacki (université de Pretoria) a repéré cette rare configuration à trois corps dans les données d’une vaste campagne d’observation de MeerKAT.

Les chercheurs ont analysé des données du MeerKAT Absorption Line Survey et y ont isolé un signal immédiatement remarquable : anormalement brillant, anormalement lointain, et attribuable sans ambiguïté à un processus physique bien précis.

Quand des galaxies se percutent : naissance d’un "laser" radio cosmique

L’explication de cette émission hors norme tient à un phénomène appelé Hydroxyl-Megamaser. Derrière ce terme se cache une idée étonnante : une sorte de laser cosmique qui, au lieu d’émettre de la lumière visible, produit des ondes radio.

Dans la zone de collision, d’immenses quantités de gaz et de poussières s’accumulent. Lorsque deux galaxies se rencontrent et s’imbriquent, leurs nuages de gaz sont comprimés violemment. Résultat : température, densité et rayonnement augmentent fortement, et la formation d’étoiles s’accélère de manière spectaculaire.

Dans cet environnement agité, des molécules d’hydroxyle (OH, composé d’oxygène et d’hydrogène) sont excitées. Si les conditions sont réunies, un grand nombre d’entre elles se mettent à émettre des ondes radio identiques - à la même fréquence et dans la même direction. C’est ainsi qu’apparaît un maser, l’équivalent radio d’un laser d’un point de vue technique.

"Ce Hydroxyl-Megamaser est si lumineux que les chercheurs veulent le classer dans une nouvelle catégorie : le premier "Gigamaser" confirmé."

Glowacki et son équipe soutiennent que l’intensité mesurée dépasse nettement celle de tous les Hydroxyl-Megamasers déjà connus. Ils proposent donc le terme Gigamaser, pour désigner une catégorie encore plus énergétique de “radiolaser” cosmique.

HATLAS J142935.3-002836 et le Gigamaser : une usine à étoiles en régime extrême

La fusion des galaxies concernées déclenche une hausse massive du rythme de formation stellaire. D’après des estimations, plusieurs centaines de masses solaires d’étoiles nouvelles y naîtraient chaque année. À titre de comparaison, notre Voie lactée forme de l’ordre de une à deux masses solaires par an.

Ce "baby-boom" extrême constitue un indice majeur pour les chercheurs. Il suggère que ces signaux masers géants apparaissent plus volontiers dans des fusions de galaxies très actives et très riches en gaz. Plus il y a de gaz, plus il y a de molécules excitées - et plus le maser est puissant.

Propriété	Hydroxyl-Megamaser	Gigamaser (comme HATLAS J142935)
Distance typique	Centaines de millions d’années-lumière	Plusieurs milliards d’années-lumière
Luminosité	Très élevée	Encore nettement plus élevée
Environnement	Galaxies en collision	Fusion gigantesque, extrêmement riche en gaz

MeerKAT, éclaireur d’un radiotélescope géant

Le radiotélescope MeerKAT se compose de 64 antennes paraboliques, réparties sur une large zone du désert du Karoo. Ensemble, elles fonctionnent comme un instrument virtuel de très grande taille, particulièrement sensible aux ondes radio. Le réseau scrute de vastes portions du ciel austral et cherche notamment des régions où des lentilles gravitationnelles sont susceptibles d’amplifier des sources lointaines.

MeerKAT joue aussi un rôle clé de précurseur, à la fois technique et scientifique, du Square Kilometre Array (SKA). Ce projet international doit rassembler, dans les années à venir, des milliers d’antennes en Afrique du Sud et en Australie. Le SKA devrait accroître la sensibilité en radioastronomie d’environ un facteur dix.

"La signature Gigamaser mesurée aujourd’hui est un signal avant-coureur - elle montre ce qui sera bientôt possible à grande échelle."

Les chercheurs s’attendent à ce que le SKA mette au jour des milliers de sources masers jusqu’ici invisibles. Les zones les plus prometteuses sont celles où se trouvent de grands amas de galaxies : leur gravité combinée produit plusieurs effets de lentille, amplifiant en série des objets situés en arrière-plan.

La chasse aux "lasers" cachés dans l’Univers

La stratégie d’observation à venir est donc claire : les futurs relevés (surveys) viseront prioritairement les régions abritant ces amas très massifs. Ces derniers agissent comme des amplificateurs naturels répartis dans le ciel, capables de faire remonter des signaux faibles issus des profondeurs de l’espace.

L’objectif est de constituer un catalogue aussi complet que possible des masers lointains. Ces données permettront notamment d’aborder des questions telles que :

• à quelle fréquence les galaxies fusionnent-elles au fil de l’histoire cosmique ?
• dans quelle mesure ces collisions accélèrent-elles la formation d’étoiles ?
• comment le gaz moléculaire est-il réparti dans les galaxies anciennes ?

Dans quelques années, des jeux de données combinant MeerKAT et le SKA devraient voir le jour. Ils offriront une vision bien plus nette de l’Univers lointain rayonnant en ondes radio qu’il n’était possible jusqu’à présent. Les télescopes optiques atteignent vite leurs limites : la poussière et les distances immenses absorbent une grande partie de la lumière, alors que les ondes radio traversent ces obstacles relativement mieux.

Ce que signifient Megamaser et lentille gravitationnelle

Pour beaucoup, des termes comme "Megamaser" ou "lentille gravitationnelle" peuvent évoquer la science-fiction. Ils désignent pourtant des phénomènes relevant d’une physique parfaitement établie.

Un maser (anglais : Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) est, à l’origine, un dispositif qui amplifie des micro-ondes, de façon comparable à un laser qui amplifie la lumière. Dans l’espace, le principe se met en place naturellement : lorsqu’un très grand nombre de molécules se retrouvent dans le même état énergétique excité, elles peuvent émettre simultanément des ondes radio identiques. Un Megamaser correspond simplement à une version cosmique particulièrement puissante de ce mécanisme.

Les lentilles gravitationnelles, elles, reposent sur l’idée d’Einstein selon laquelle la masse courbe l’espace. Les rayons lumineux - et, de la même manière, les ondes radio - suivent cette courbure, comme des voitures suivant une route qui tourne. Si une galaxie massive se situe exactement entre nous et un objet d’arrière-plan, la lumière (ou le signal radio) peut être concentrée et amplifiée, parfois sous forme d’arcs ou d’anneaux dans le ciel.

L’association de ces deux effets explique le caractère exceptionnel de la découverte : un maser naturel, renforcé par une loupe naturelle, capté par un radiotélescope moderne. Au final, ce signal vieux de huit milliards d’années n’apparaît que comme une ligne discrète dans un fichier de données - tout en racontant une histoire de destruction galactique, de naissance d’étoiles et de précision instrumentale.