Les astronomes savent depuis longtemps que dans de nombreux sondages de l’Univers très lointain, une fraction importante de l’ensemble de la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'½il humain, c'est-à-dire comprises dans des...) intrinsèque n’est pas observée. Maintenant, grâce à un relevé extrêmement profond, réalisé avec deux des quatre télescopes géants de 8,2 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du...) du très grand télescope (Un télescope (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir ») est un...) (VLT) de l’ESO et d’un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) unique fait sur mesure, les astronomes ont déterminé qu’une grande fraction des galaxies dont la lumière met plus de 10 milliards d’années à nous parvenir n’a pas été découverte. Ce relevé a également permis de découvrir quelques-unes des galaxies les moins lumineuses jamais observées à cette période précoce de l’Univers.

Les astronomes utilisent fréquemment les caractéristiques bien spécifiques de "l’empreinte digitale" de la lumière émise par l’hydrogène - connue sous le nom de raie de Lyman alpha - pour mesurer la quantité d’étoiles formées dans l’Univers lointain. Toutefois, ils ont vite suspecté que de nombreuses galaxies lointaines passaient au travers des mailles du filet de ces grands relevés. Un nouveau relevé réalisé avec le VLT vient pour la première fois de démontrer que c’est exactement ce qui se passe. La majorité de la lumière Lyman alpha reste piégée dans la galaxie à l’origine de son émission et 90% des galaxies n’apparaissent pas dans les relevés utilisant la raie Lyman alpha.

"Les astronomes ont toujours su qu’ils perdaient une certaine fraction des galaxies dans les grands relevés centrés sur le rayonnement de la raie Lyman alpha", explique Matthew Hayes, le premier auteur de l’article scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude...) publié cette semaine dans Nature, "mais pour la première fois nous en avons maintenant une mesure. La quantité de galaxies "manquées" est substantielle."

Pour estimer quelle quantité de lumière passe inaperçue, Hayes et son équipe ont utilisé la caméra FORS sur le VLT et un filtre à bande étroite, spécialement conçu pour mesurer ce rayonnement, en suivant la méthode employée habituellement dans grands relevés de ce type. Puis, à l'aide de la nouvelle caméra HAWK-I, en service sur un autre télescope du VLT, ils ont observé la lumière émise par cette même région du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue par les êtres humains depuis le sol de la planète.) dans une longueur (La longueur d’un objet représente la distance entre deux de ses extrémités, les plus éloignées possibles. Lorsque...) d’onde différente, correspondant également à un rayonnement de l’hydrogène et connue sous le nom de raie H-alpha. Ils ont observé spécifiquement des galaxies dont la lumière a voyagé 10 milliards d’années (redshift 2.2),dans une région du ciel bien étudiée, connue sous le nom de champ GOODS – Sud (Sud est un nom :).

"C'est la première fois que nous observons une partie du ciel de manière aussi profonde dans le rayonnement de la lumière émise par l’hydrogène dans ces deux longueurs d’onde très spécifiques et cela s’avère fondamental," précise Goran Östlin, un des membres du groupe. Le relevé était extrêmement profond et a permis de dévoiler quelques-unes des galaxies se révélant être parmi les moins lumineuses à cette époque précoce de l'évolution de l'Univers. Les astronomes ont ainsi pu arriver à la conclusion que les relevés traditionnels utilisant le rayonnement Lyman alpha ne voient qu’une infime partie de la totalité de lumière produite, car la plupart des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique....) Lyman alpha est détruite par l‘interaction avec les nuages de gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi...) et de poussière interstellaires. Cet effet est considérablement plus significatif pour le rayonnement Lyman alpha que pour le rayonnement H-alpha. Le résultat montre que de nombreuses galaxies, en quantité très importante puisqu’atteignant les 90%, restent invisibles pour ces grands relevés. "Si nous voyons dix galaxies à un endroit, il est en fait possible qu’il y en ait cent" précise Matthew Hayes.

Des méthodes d'observation différentes, ciblant la lumière émise dans des longueurs d’onde différentes, ne conduiront qu’à des visions partielles de l’Univers. Les résultats de cette étude constituent un avertissement pour les cosmologistes, dans la mesure où la signature de la raie Lyman alpha devient un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans...) de plus en plus utilisé pour étudier les toutes premières galaxies formées dans l’histoire de l’Univers. "Maintenant que nous connaissons le pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une expression comme...) de lumière manquante, nous pouvons commencer à élaborer de bien meilleures représentations de l'Univers, car nous pouvons comprendre avec quelle rapidité les étoiles se sont formées aux différents stades de l’évolution de l’Univers," ajoute Miguel Mas-Hesse, co-auteur de l'article.

Cette avancée majeure a été possible grâce à la qualité exceptionnelle de la caméra utilisée. HAWK-I, qui a vu sa "première lumière" en 2007 est un instrument à la pointe de la technologie. "Il n'y a que quelques caméras en service qui disposent d'un champ de vue plus grand que HAWK-I mais elles se trouvent sur des télescopes dont la taille est inférieure à la moitié de celle du VLT. C'est pourquoi le couple VLT/HAWK-I est le seul capable d'une telle efficacité dans la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) de galaxies aussi peu lumineuses situées à de si grandes distances", précise Daniel Schaerer.

Ce travail a été présenté dans un article à paraître dans la revue Nature (“Escape of about five per cent of Lyman-? photons from high-redshift star-forming galaxies”, by M. Hayes et al.).