Euclid découvre le quasar le plus ancien jamais observé, à 670 millions d’années après le Big Bang
Le télescope spatial Euclid de l’ESA a découvert le quasar le plus lointain jamais observé, un phare alimenté par un trou noir supermassif brillant alors que l’univers n’avait que 670 millions d’années, soit environ 5 % de son âge actuel de 13,8 milliards d’années.
Le quasar, désigné EUCL J172902.75+641018.1, a un redshift de 7,77, dépassant le record précédent de 7,64 établi en 2021 d’environ 15 millions d’années. Sa lumière a voyagé pendant plus de 13 milliards d’années pour atteindre le miroir d’Euclid.
Cette découverte fait partie d’un ensemble de 31 nouveaux quasars annoncé le 6 juillet dans Astronomy & Astrophysics, comprenant un deuxième détenteur de record à redshift 7,69 et 12 objets à redshift 7 ou plus. Avant Euclid, les astronomes n’avaient trouvé qu’environ neuf quasars à ces distances extrêmes en plus d’une décennie de recherches. Euclid a égalé ce total en environ un an d’observations.
« L’équipe Euclid a réalisé pour la première fois un véritable recensement des quasars à l’aube de l’univers », a déclaré Antonio La Marca, chercheur associé à l’ESA et co-auteur de l’étude.
Comment Euclid les a trouvés
La combinaison unique de capacités d’Euclid en fait le premier télescope capable de mener une recherche large et sensible des quasars les plus anciens. Il couvrira éventuellement plus d’un tiers du ciel grâce à son Euclid Wide Survey, utilise une imagerie spatiale nette et sans distorsion atmosphérique, et observe dans les longueurs d’onde du proche infrarouge où la lumière des objets les plus lointains a été étirée par l’expansion de l’univers.
Le pipeline de détection a utilisé l’apprentissage automatique appliqué aux images optiques et infrarouges d’Euclid pour identifier les signatures de « dropout », la cassure spectrale révélatrice qui marque les quasars à haut redshift. Les données auxiliaires du Hyper Suprime-Cam du télescope Subaru, du Dark Energy Survey et de LOFAR ont aidé à affiner le champ. Un suivi spectroscopique au sol utilisant l’observatoire Keck, les télescopes Magellan et le Large Binocular Telescope a confirmé 31 quasars avec un taux de réussite d’environ 30 %, soit environ 10 fois mieux que les efforts de recherche précédents.
« Euclid est un véritable changeur de jeu », a déclaré Daming Yang de l’Université de Leiden, auteur principal de l’étude. « Il nous permet de rechercher bien plus efficacement pour capturer une lumière beaucoup plus faible. C’est un outil unique pour la chasse aux quasars. »
Pourquoi c’est important
Les quasars sont des trous noirs supermassifs au centre des galaxies, consommant activement le gaz environnant et brillant de la lumière de milliards d’étoiles. Les trouver à des redshifts supérieurs à 7 signifie sonder une époque où l’univers subissait sa dernière grande transition : l’époque de la réionisation, lorsque l’hydrogène neutre froid a été brisé par les premières étoiles et galaxies, rendant l’univers transparent pour la première fois.
Ces quasars agissent comme des balises cosmiques, illuminant les conditions de cette époque. Mais la question plus vaste est de savoir comment les trous noirs supermassifs ont atteint des millions ou des milliards de masses solaires en moins de 700 millions d’années. Les théories dominantes proposent soit l’effondrement direct de nuages de gaz massifs, soit une croissance rapide à partir de graines de masse stellaire, et un échantillon statistiquement significatif de quasars primordiaux est la clé pour les distinguer.
« C’est l’un des plus grands mystères de l’astrophysique », a déclaré Yang. « En trouvant et en étudiant ces quasars, nous pouvons mieux comprendre comment ces systèmes énormes se sont formés et ont grandi si rapidement. »
Un aperçu d’un quasar primordial
Le deuxième quasar le plus lointain de l’ensemble, à redshift 7,69, a été étudié en détail dans un article compagnon dirigé par Silvia Belladitta de l’Institut Max Planck d’astronomie. Les observations montrent qu’il est intégré dans une galaxie poussiéreuse et riche en gaz qui forme furieusement de nouvelles étoiles, fournissant la première vue détaillée de l’environnement hôte d’un trou noir supermassif primordial.
« La découverte n’est que la première étape », a déclaré Belladitta. « L’observation de ces objets sur l’ensemble du spectre électromagnétique nous permet de caractériser les environnements de ces quasars et de leurs galaxies hôtes. »
Euclid a été lancé en juillet 2023 à bord d’un SpaceX Falcon 9 et a commencé ses opérations scientifiques de routine en février 2024. Sa première diffusion de données, prévue pour fin 2026, sera la plus grande carte spatiale de l’univers jamais produite. L’enquête complète de six ans devrait découvrir des centaines d’autres quasars à haut redshift, y compris peut-être les premiers exemples au-dessus du redshift 8.
« Les quasars anciens sont des découvertes rares », a déclaré Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid à l’ESA. « Ils sont intéressants en eux-mêmes, mais aussi des machines à voyager dans le temps qui nous permettent d’explorer l’univers primordial. »
Traduit par Lydie
Sources : ESA, Astronomy & Astrophysics (D. Yang et al., DOI: 10.1051/0004-6361/202658883), Phys.org, Euclid Consortium