31 quasars de l’Univers primordial découverts

Les quasars entretiennent une relation très étroite avec les trous noirs supermassifs. Ils correspondent en effet à la phase la plus lumineuse des noyaux galactiques actifs, aussi brillants que 1000 milliards de Soleils. Ces cœurs de galaxie sont alimentés par un trou noir supermassif engloutissant rapidement la matière et émettent d'immenses quantités d'énergie au sein du disque d’accrétion formé. Cette spécificité rend leur détection plus aisée. C'est ce qui a permis à des astronomes de l'Agence spatiale européenne de détecter pas moins de 31 quasars, datant d’une époque où l’Univers était à peine âgé de 670 millions d'années. 

Une collection de quasars fossiles

L'étude publiée dans Astronomy & Astrophysics, présente des observations inédites du télescope Euclide, lancé le 1^er juillet 2023 afin d'élucider l'origine de l'accélération de l'expansion de l'Univers. 31 quasars sont dévoilés à une époque où l’Univers n’était âgé que de 670 millions d’années et ont été étudiés durant l’année 2025. Les deux les plus anciens de l’échantillon, EUCL J172902.75+641018.1 et EUCL J125308.55+705432.3, sont observés tels qu’ils étaient il y a environ 13 et 13,2 milliards d'années-lumière, le temps que leur lumière mette à nous parvenir.

L’article de recherche indique par ailleurs que le premier quasar à avoir été découvert au-delà d’un redshift (décalage vers le rouge, indiquant l’éloignement des sources lumineuses due à l’expansion de l’Univers) de 7 - équivalent à un temps de propagation de la lumière de 12,9 milliards d’années pour nous parvenir - remonte à 2011 avec le télescope infrarouge du Royaume-Uni (UKIRT).

Images de 15 des 31 quasars prises par le télescope Euclide, du plus ancien (première case de la première ligne, EUCL J1279) jusqu'au plus récent (dernière case de la dernière ligne, EUCL J0250). La luminosité de chaque quasar (au centre de chaque image) varie avec l'intensité et la couleur, incluant du blanc, bleu, jaune et orange. Crédits : ESA/Euclide/Euclide Consortium/NASA, images produites par le Euclid Science Ground Segment et Antoine Basset (CNES).  

Euclide, « le chasseur de quasars »

Le télescope Euclide comprend en outre deux instruments : la caméra optique (VIS) et le NISP (spectrographe et photomètre proche infrarouge), chargé d’analyser la répartition de la lumière du quasar suivant sa longueur d’onde et de mesurer son intensité lumineuse. Ils permettent de couvrir une vaste portion du ciel extragalactique et d'en apprendre davantage sur ces objets lointains et énergétiques. « En les détectant et en les étudiant, nous pouvons comprendre davantage comment des systèmes de cette envergure se sont formés et ont grandi aussi rapidement – un des plus grands mystères de l’astrophysique», affirme Daming Yang, chercheur doctoral en astronomie à l'université de Leyde (Pays-Bas) et auteur principal de l'étude, dans un communiqué. « Euclide bouleverse profondément nos observations,” ajoute le Daming Yang. “Nous avions l’habitude de détecter une fraction infime des quasars anciens les plus lumineux. Euclide nous permet de localiser plus efficacement ces structures sur une zone plus étendue du ciel pour observer des lumières de plus faible intensité. C’est un instrument unique pour chasser les quasars.”

Vue d'artiste du téléscope Euclide. Crédits : ESA.

Mieux comprendre l’Univers primordial 

Au-delà de ces observations qui « multiplient par deux le nombre de ces objets anciens » comme le rappelle Antonio La Marca, chercheur associé à l’équipe Euclide de l’ESA, le télescope européen permet d’inspecter des régions lointaines de l’Univers. Ces zones contiennent des indices sur la formation et l’évolution des trous noirs supermassifs et des galaxies. De tels objets énergétiques pourraient également nous renseigner davantage sur la période de la réionisation. Cette dernière, s’est déroulée entre 500 et 900 millions d’années après le Big Bang. Durant cette époque, le rayonnement ultraviolet des premières étoiles et galaxies aurait arraché les électrons des atomes d'hydrogène, créant du gaz intergalactique ionisé et transparent à ces radiations.

Des observations supplémentaires par les antennes d’ALMA de l’Observatoire européen austral (localisées au Chili), le télescope James Webb et le radiotélescope NOEMA (situé sur le Plateau de Bure dans les Hautes-Alpes) sont prévues afin de mieux caractériser les quasars très peu lumineux.