Hubble dévoile une galaxie naine fantomatique pour cartographier les flots gravitationnels de l'Univers

Ce n'est pas un spectacle flamboyant comme une collision galactique ou une nébuleuse éclatante. La nouvelle image délivrée par le télescope spatial Hubble de la NASA et de l'ESA ressemble plutôt à un murmure au milieu du vacarme cosmique. Elle montre ESO 490-017, une galaxie naine irrégulière située à 23 millions d'années-lumière de la Terre, dans la constellation du Grand Chien (Canis Major) . D'un diamètre d'environ 12 000 années-lumière – soit près de dix fois plus petite que notre Voie Lactée –, cette galaxie se distingue par son extrême discrétion : sa luminosité de surface est si faible qu'elle apparaît comme une brume d'étoiles à peine visible, un pâle essaim se détachant derrière les étoiles bien plus brillantes de notre propre galaxie, facilement reconnaissables à leurs grandes aigrettes de diffraction .

Un voile d'étoiles sur une toile de fond vertigineuse

Classée parmi les galaxies naines irrégulières, ESO 490-017 ne possède ni les bras spiraux majestueux ni le bulbe central éclatant de ses homologues plus célèbres comme Andromède. Sa population stellaire est éparpillée dans une organisation lâche et désordonnée . Comme le ferait une tache d'encre très diluée, elle se fond presque dans le noir absolu de l'espace. Seule la sensibilité exceptionnelle de Hubble permet de la résoudre et de la distinguer de l'arrière-plan .

Ce fond, justement, est tout sauf vide. Parsemé d'une multitude de points rouges, orange et beiges, il révèle une stupéfiante profondeur de champ cosmique. Beaucoup de ces points sont des galaxies bien plus lointaines, dont certaines dévoilent une structure spirale distincte, offrant une perspective vertigineuse sur l'immensité de l'Univers .

Cartographier les courants secrets de l'Univers

Si cette image est d'une grande beauté spectrale, elle n'a pas été réalisée dans un simple but esthétique. Les données ont été acquises dans le cadre d'un vaste programme d'observation de Hubble dédié à la compréhension du « flux cosmique » .

L'Univers est en expansion, mais toute la matière qu'il contient n'est pas répartie de manière homogène. Cette répartition inégale crée des autoroutes gravitationnelles. L'attraction de structures massives – d'immenses amas de galaxies et des surdensités de matière noire – entraîne les galaxies dans des mouvements d'ensemble qui s'écartent de la simple expansion uniforme. C'est ce réseau de mouvements gravitationnels à grande échelle que les astronomes appellent le flux cosmique .

Pour cartographier ces courants en trois dimensions, il ne suffit pas de connaître la position des galaxies dans le ciel, il faut impérativement mesurer leur distance avec une grande précision. C'est là que Hubble entre en jeu. Pour ce faire, les scientifiques utilisent un astucieux étalon cosmique : les étoiles géantes rouges .

La méthode des chandelles standard et la pointe de la branche des géantes rouges

Le principe est celui des « chandelles standard », des objets astronomiques dont on connaît parfaitement la luminosité intrinsèque. En mesurant l'éclat qu'ils nous parviennent, on peut en déduire leur distance réelle. Plus l'objet nous paraît faible, plus il est loin. Les étoiles géantes rouges, à une phase très spécifique de leur évolution, sont des chandelles idéales.

Lorsqu'une étoile de faible masse épuise l'hydrogène de son cœur et commence à brûler de l'hélium, elle atteint un pic de luminosité très stable. Les astronomes appellent ce moment la « pointe de la branche des géantes rouges » (TRGB, pour Tip of the Red Giant Branch). Cette luminosité maximale étant remarquablement constante, elle sert de repère fiable pour jauger les distances .

Cette même technique est au cœur d'une quête plus fondamentale encore : percer le mystère de la « tension de Hubble ». Il s'agit de l'un des plus grands casse-têtes de la cosmologie moderne. Le taux d'expansion de l'Univers, la constante de Hubble, donne des résultats différents selon la méthode de mesure employée. En utilisant les étoiles géantes rouges, le programme Carnegie-Chicago Hubble a récemment obtenu une nouvelle mesure qui se situe exactement entre les deux valeurs concurrentes précédentes, ajoutant une pièce de plus à ce débat fascinant . Le programme qui a capturé ESO 490-017 pose les fondations de ce travail en mesurant les distances des galaxies proches, ce qui permet de calibrer le premier barreau de l'échelle des distances cosmiques .

Des laboratoires naturels pour comprendre la matière noire et l'aube cosmique

Au-delà de la cartographie du flux cosmique, l'étude de galaxies naines comme ESO 490-017 possède une valeur scientifique intrinsèque considérable. Ces galaxies sont de véritables laboratoires de la matière noire. On pense en effet qu'elles sont très largement dominées par cette composante invisible de l'Univers, qui les englobe et les structure. Elles permettent ainsi d'étudier la formation et l'évolution des galaxies aux plus petites échelles .

Les observer à différentes longueurs d'onde aide les astronomes à comprendre comment les étoiles se forment dans des environnements pauvres en éléments lourds (à « faible métallicité ») et de faible masse. Ces conditions sont considérées comme très similaires à celles qui régnaient lorsque les toutes premières galaxies se sont allumées, aux premiers âges de l'Univers. De plus, le programme d'observation de Hubble laisse derrière lui un héritage durable : une archive précieuse et détaillée des populations stellaires présentes dans les galaxies locales, qui servira de base à de futures études bien au-delà des seuls objectifs liés au flux cosmique .