Une étude, dont les résultats intitulés «The inhomogeneous reionization times of present-day galaxies» sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters et sont disponibles en pdf, a permis de prédire l’instant auquel les galaxies qui nous entourent ont été illuminées par les toutes premières générations d’étoiles, dans l’Univers très jeune: en fait, cette lumière a été créée au sein des premières galaxies, il y a plus de 13 milliards d’années.

Plus précisément, il a été montré «que les galaxies actuelles les plus massives (10 à 100 fois plus lourdes que notre galaxie la Voie Lactée ) ont été illuminées 300 millions d’années après le Big-Bang, tandis que les moins massives (1000 à 10 000 fois plus légères que la Voie Lactée) ont du attendre bien plus longtemps et n’ont vu cette lumière des premières étoiles que 750 millions d’années après le Big-Bang».

L'explication de cela est que «les galaxies les plus lourdes sont capables de créer leurs étoiles en premier et fabriquent leur propre lumière rapidement», tandis que «les galaxies plus légères doivent attendre plus longtemps, le temps qu’elle rassemblent les conditions leur permettant de fabriquer leurs propres étoiles et s’illuminer. Pour ce qui concerne les plus petites galaxies «quasiment incapables d’en fabriquer par leurs propres moyens», il leur faut «attendre que l’Univers deviennent transparent au rayonnement stellaire, pour être illuminées de l’extérieur par des galaxies voisines productrices de lumière».

En particulier, ces prédictions indiquent que la Voie Lactée et sa voisine, la galaxie d’Andromède, «se sont illuminées d’elles-même entre 400 et 500 millions d’années après le Big-Bang, séparément sans s’influencer l’une l’autre et ce malgré leur très grande proximité». C'est «d’autant plus remarquable que cette paire de galaxies possède comme voisins des amas de galaxies très massifs, comme l’amas de la Vierge, et donc producteurs de grandes quantités de lumière».

Il faut souligner ici qu'il est essentiel de connaître «la façon dont les galaxies sont éclairées par la lumière des premières étoiles», car «cette lumière empêche d’autres étoiles de se former» puisqu'en «réchauffant et en ionisant l’hydrogène, cette lumière rend ce gaz moins propice à se convertir en étoiles».

Pour établir ces prédictions, «une simulation numérique cosmologique de l’histoire de l’Univers à ces époques» a été produite: elle «a été capable de reproduire l’émergence des premières structures de l’Univers, la dynamique du gaz et la formation des premières étoiles dans un cosmos ‘virtuel’ couvrant des distances de 300 millions d’années-lumières».

La simulation cosmologique utilisée «a nécessité 32 768 processeurs de calculs associés à 4096 cartes graphiques, installés sur le plus grand super-calculateur américain, Titan, propriété du Département de l’énergie et installé à Oak Ridge». Pour la production de cette simulation, «environ 20 millions d’heures de calcul ont été nécessaires» au cours du premier trimestre 2017: en fin de compte, «le volume de calcul et l’ampleur des ressources utilisées font de cette simulation l’une des plus grandes jamais réalisées pour étudier ces époques reculées».