En novembre, une équipe de chercheurs de l'Université de technologie de Swinburne et de l'Université de Cambridge a publié des résultats très intéressants sur une galaxie située à environ 8 milliards d'années-lumière. À l'aide du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire de La Silla, ils ont examiné la lumière provenant du trou noir supermassif (SMBH) en son centre.
Ce faisant, ils ont pu déterminer que l'énergie électromagnétique provenant de cette galaxie éloignée était la même que celle que nous observons ici dans la Voie lactée. Cela a montré qu'une force fondamentale de l'Univers (électromagnétisme) est constante dans le temps. Et le lundi 4 décembre, l'ESO a poursuivi cette découverte historique en publiant les lectures du spectre de couleurs de cette galaxie lointaine - connue sous le nom de HE 0940-1050.
Pour récapituler, la plupart des grandes galaxies de l'Univers ont des SMBH en leur centre. Ces énormes trous noirs sont connus pour consommer la matière qui orbite autour d'eux, expulsant d'énormes quantités de radio, micro-ondes, infrarouges, optiques, ultraviolets (UV), rayons X et rayons gamma dans le processus. Pour cette raison, ils sont parmi les objets les plus brillants de l'Univers connu et sont visibles même à des milliards d'années-lumière.
Mais en raison de leur distance, l'énergie qu'ils émettent doit traverser le milieu intergalactique, où il entre en contact avec une quantité incroyable de matière. Bien que la majeure partie de celui-ci soit constituée d'hydrogène et d'hélium, il existe également des traces d'autres éléments. Ceux-ci absorbent une grande partie de la lumière qui se déplace entre les galaxies éloignées et nous, et les lignes d'absorption que cela crée peuvent nous en dire beaucoup sur les types d'éléments qui existent.
Dans le même temps, l'étude des raies d'absorption produites par la lumière traversant l'espace peut nous dire combien de lumière a été retirée du spectre quasar d'origine. À l'aide de l'instrument UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) à bord du VLT, l'équipe de Swinburne et de Cambridge a été en mesure de faire exactement cela, atteignant ainsi un pic aux «empreintes digitales du début de l'Univers».
Ce qu'ils ont trouvé, c'est que l'énergie provenant de HE 0940-1050 était très similaire à celle observée dans la galaxie de la Voie lactée. Fondamentalement, ils ont obtenu la preuve que l'énergie électromagnétique est cohérente dans le temps, ce qui était auparavant un mystère pour les scientifiques. Comme ils l’indiquent dans leur étude publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society:
«Le modèle standard de la physique des particules est incomplet car il ne peut pas expliquer les valeurs des constantes fondamentales, ni prédire leur dépendance à des paramètres tels que le temps et l'espace. Par conséquent, sans une théorie capable d'expliquer correctement ces nombres, leur constance ne peut être sondée qu'en les mesurant à différents endroits, moments et conditions. De plus, de nombreuses théories qui tentent d'unifier la gravité avec les trois autres forces de la nature invoquent des constantes fondamentales qui varient.“
Puisqu'il est éloigné de 8 milliards d'années-lumière, et son puissant système de ligne d'absorption des métaux, sondant le spectre électromagnétique émis par le quasar central HE 0940-1050 - sans parler de la capacité de corriger toute la lumière qui a été absorbée par le milieu intergalactique intermédiaire - a fourni une occasion unique de mesurer avec précision comment cette force fondamentale peut varier sur une très longue période de temps.
En plus de cela, les informations spectrales qu'ils ont obtenues se sont avérées être de la plus haute qualité jamais observée à partir d'un quasar. Comme ils l'ont en outre indiqué dans leur étude:
«La plus grande erreur systématique dans toutes les mesures similaires précédentes (sauf une), y compris les grands échantillons, était les distorsions à longue distance dans l'étalonnage de la longueur d'onde. Ceux-ci ajouteraient une erreur systématique de 2 ppm à notre mesure et jusqu'à 10 ppm à d'autres mesures utilisant des transitions Mg et Fe. »
Cependant, l'équipe a corrigé cela en comparant les spectres UVES à des spectres bien calibrés obtenus à partir du chercheur de planètes à haute vitesse radiale (HARPS) - qui est également situé à l'observatoire de La Silla. En combinant ces lectures, ils ont laissé une incertitude systématique résiduelle de seulement 0,59 ppm, la marge d'erreur la plus faible de tous les levés spectrographiques à ce jour.
Ce sont des nouvelles passionnantes, et pour plus de raisons que celle-là. D'une part, des mesures précises de galaxies éloignées nous permettent de tester certains des aspects les plus délicats de nos modèles cosmologiques actuels. De l'autre, déterminer que l'électromagnétisme se comporte de manière cohérente dans le temps est une découverte majeure, en grande partie parce qu'il est responsable de tant de ce qui se passe dans notre vie quotidienne.
Mais peut-être le plus important de tous, comprendre comment une force fondamentale comme l'électromagnétisme se comporte à travers le temps et l'espace est intrinsèque pour découvrir comment elle - ainsi qu'une force nucléaire faible et forte - s'unifie avec la gravité. Cela aussi a été une préoccupation des scientifiques, qui ne savent toujours pas expliquer comment les lois régissant les interactions des particules (c'est-à-dire la théorie quantique) s'unissent avec des explications sur le fonctionnement de la gravité (c'est-à-dire la relativité générale).
En trouvant des mesures du fonctionnement de ces forces qui ne varient pas, cela pourrait aider à créer une grande théorie unificatrice (GUT). Un pas de plus vers une véritable compréhension du fonctionnement de l'Univers!
