La nouvelle a été publiée dans la revue Science la semaine dernière. «C’est une découverte surprenante de voir une galaxie comme celle-là aussi tôt. Il faut savoir que les étoiles ne se sont pas formées tout de suite après le Big Bang», commente l’astrophysicien Hugo Martel, professeur de physique à l’Université Laval.

En effet, l’Univers est passé par plusieurs phases avant de ressembler à ce qu’il est aujourd’hui.

La petite histoire de l’Univers

Pendant 380 000 ans après le Big Bang, il faisait si chaud qu’il n’y avait pas d’atomes. «On avait des températures dans les centaines de milliers de degrés!» souligne Hugo Martel. À cette époque, l’Univers n’était qu’une soupe de protons et d’électrons qui flottent séparément, un état de la matière appelé plasma ou gaz ionisé. Ce nuage de plasma était si dense que la lumière ne pouvait pas s’y propager; l’Univers était opaque.

Puis en prenant de l’expansion, l’Univers s’est refroidit et le plasma s’est transformé en gaz d’hydrogène. C’est là que la toile de fond du cosmos s’est créée : un ciel noir, mais à l’époque sans étoile ni aucune lumière. On surnomme cette période les âges sombres.

Peu à peu, les molécules d’hydrogène se sont regroupées sous l’effet de la gravité et ont formé les premières étoiles. Au début, elles ne pouvaient toujours pas illuminer le cosmos, car il était rempli d’une sorte de «brouillard d’hydrogène» qui absorbait la lumière. Les scientifiques pensent toutefois que ces premières étoiles étaient extrêmement massives et émettaient d’intenses rayonnements ultra-violets : une énergie assez forte pour «ioniser le gaz», c’est-à-dire arracher des électrons aux noyaux atomiques. Une fois ionisé, le gaz n’absorbe plus la lumière, il la laisse passer : et c’est alors que les étoiles ont pu commencer à briller.

Cette période est appelée la réionisation. C’est le moment où la lumière s’est allumée dans l’Univers. «On sait que le phénomène d’ionisation ne s’est pas produit instantanément, ça s’est étiré sur plusieurs centaines de millions d’années», indique M. Martel. Grâce à des observations, les scientifiques ont déterminé que la réionisation a été complétée 1 milliard d’années après le Big Bang. Mais on ne sait pas exactement quand elle a commencé.

Et c’est ici que la galaxie observée avec le télescope James Webb entre en jeu. Les raies spectrales émises par cette galaxie ont permis aux auteurs de l’étude de déchiffrer quelques propriétés physiques. Notamment, il s’agit d’une galaxie avec beaucoup d’étoiles en formation. «Ça veut dire qu’il y aurait des galaxies produisant des radiations intenses aussi tôt que 510 millions d’années après le Big Bang! Donc, la réionisation aurait commencé au moins à ce moment-là», souligne Hugo Martel. Il s’agit d’une découverte importante pour dater l’époque de la réionisation et pour mieux comprendre les processus physiques qui se sont produits plus tôt dans l’histoire de l’Univers.

Comment peut-on voir aussi loin?

Difficile d’étudier le début de l’Univers; les premières galaxies sont si lointaines qu’on arrive rarement à percevoir leurs traces. James Webb a beau être le plus puissant télescope jamais construit, il n’aurait pas réussi à pas détecter cette galaxie sans l’effet de la lentille gravitationnelle, un phénomène où la gravité amplifie la luminosité d’un corps céleste. Une loupe fonctionne en déviant les rayons lumineux pour les concentrer vers l’observateur, ce qui fait grossir l’image. La gravité peut faire de même.

Normalement, la lumière voyage en ligne droite. Cependant, si elle passe près d’un corps céleste extrêmement massif, sa trajectoire va dévier. Ainsi, lorsque la lumière émise par l’objet observé passe proche d’une masse énorme, tel qu’un amas de galaxies, les rayons dévient et se concentrent. Résultat : l’objet observé est plus lumineux. Voilà comment la galaxie lointaine a été amplifiée et détectée par le télescope!

«Plus on regarde loin, plus la lumière a pris du temps pour nous parvenir, rappelle Hugo Martel. On voit donc dans le passé.» En effet, le télescope nous permet d’observer la galaxie telle qu’elle était à une certaine époque, il y a plus de 13 milliards d’années! Elle a forcément évolué depuis. Voir aussi loin nous permet de remonter dans le temps, d’avoir un aperçu d’une époque révolue, là où tout a commencé.