Une étude, dont les résultats intitulés «Analogues of primeval galaxies two billion years after the Big Bang» sont publiés dans la revue Nature Astronomy, a permis, en poussant les plus grands télescopes à leurs limites, de découvrir une population de petites galaxies naissantes à une distance de plus de 11 milliards d’années-lumière. L'important effort d’observation nécessité par cette découverte, qui nous apporte des informations précieuses sur les premiers stades de formation des galaxies, a été coordonné dans le relevé VIMOS Ultra-Deep Survey (VUDS), le plus important relevé de galaxies à ces distances conduit avec le VLT de l’Observatoire Européen Austral au Chili.

Rappelons tout d'abord que «la naissance et les premiers instants de l’évolution des galaxies – comme notre Voie Lactée – dans les quelques centaines de millions d’années après le Big Bang est encore largement inaccessible aux moyens d’observation actuels». Si «ces dernières décennies, des galaxies ont pu être observées jusqu’à l’époque dite des 'Ages Sombres', dans les 700 premiers millions d’années, lorsque l’univers était rempli d’un nuage d’hydrogène dense», leur naissance et les «premières étapes d’assemblage n’ont jamais été observées en détail» du fait qu'elles «sont très faibles et enfouies dans un brouillard de gaz».

Pour sa part, l'étude ici présentée a suivi une approche différente pour «identifier et étudier les propriétés de galaxies nouvellement formées»: partant du fait que «de nouvelles galaxies continuent de se former bien après les 'Ages Sombres'», elle a cherché à «identifier des galaxies naissantes observées plus tard dans la vie de l’univers, environ un milliard d’années après les 'Ages Sombres', quand l’univers n’avait cependant que 5% de son âge actuel» (comme ces galaxies sont «un peu plus proches de nous et sorties du brouillard dans lequel elles baignaient précédemment», elles «sont plus faciles à étudier en détail»).

De la sorte, toutes les propriétés ces 'enfants galaxies' ont été observées «avec des détails sans précédent» essentiellement «grâce à la spectroscopie très sensible obtenue avec le spectrographe VIMOS au VLT, complétée par des images du télescope spatial Hubble (NASA-ESA)». A partir des spectres obtenus avec VIMOS, il est apparu que ces galaxies étaient très riches en gaz ionisé «avec très peu de poussières et d’éléments dit métalliques, comme le Carbone et l’Oxygène, qui sont produits par les premières étoiles massives dans une galaxie et dispersés très tôt lorsque ces étoiles meurent».

Comme «ces étoiles très chaudes illuminent (ionisent) le gaz environnant avant de mourir en supernovæ dans une gigantesque explosion produisant des écoulements de gaz à grande échelle qui entrainent le gaz et les éléments métalliques», cette étude souligne que «ce mécanisme pourrait expliquer comment leurs analogues primitifs ont pollué l’univers avec ces éléments métalliques et ont nettoyé leur environnement de gaz, contribuant à la fin des 'Ages Sombres'».

Ces galaxies ont été trouvées «grâce aux observations très profondes d’un échantillon sans précédent de plus de deux mille galaxies»: ainsi, «les images du télescope spatial Hubble montrent des galaxies environ 30 fois plus petites et 100 fois moins massives que notre Voie Lactée, avec des formes compactes et irrégulières se présentant quelques fois en paires de galaxies en coalescence».

En fin de compte, «les galaxies découvertes dans cette étude éclairent sous un nouvel angle le processus encore largement inconnu de la formation des premières galaxies». De plus, «les méthodes mises en œuvre préparent à une meilleure interprétation des données qui seront obtenues avec le futur télescope spatial James Webb (JWST, NASA-ESA-CSA) qui sera lancé de Kourou fin 2018».