Les astronomes ont récemment utilisé le Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Survey (HETDEX) pour dessiner la carte tridimensionnelle de distribution du rayonnement d'hydrogène la plus détaillée à ce jour et ont pour la première fois décrit un « réseau cosmique caché » de galaxies et de gaz entrelacés dans l'univers il y a environ 10 milliards d'années. Cette carte suit la lumière de la raie alpha Lyman émise par les atomes d'hydrogène après avoir absorbé l'énergie des étoiles proches. Sa période couvre l’évolution de l’univers il y a environ 9 à 11 milliards d’années.

Le rayonnement Lyman alpha est généralement particulièrement fort dans les régions où la formation d'étoiles est active et constitue depuis longtemps un indice important pour la découverte des premières galaxies brillantes. Cependant, l’emplacement d’un grand nombre de galaxies faibles et de nuages ​​​​de gaz diffus émettant le même signal est difficile à localiser. Maya Lujan Niemeyer de l'Institut Max Planck d'astrophysique en Allemagne, membre de l'équipe Heterdex responsable de ce travail de cartographie, a déclaré que l'observation de l'univers primitif aide à comprendre comment les galaxies ont évolué pour devenir ce qu'elles sont aujourd'hui et le rôle du gaz intergalactique dans ce processus. Cependant, ces cibles sont extrêmement éloignées et faiblement lumineuses, ce qui pose un énorme défi aux capacités d'observation.

Afin de détecter ces sources auparavant « invisibles », les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode de « cartographie de l’intensité des raies spectrales ». Au lieu d’identifier les galaxies individuelles une par une, ils ont mesuré l’intensité globale du rayonnement d’un certain élément dans un espace à grande échelle, capturant ainsi la lueur cumulée d’innombrables cibles faibles à la fois. Julian Muñoz, co-auteur de l'article et astronome à l'Université du Texas à Austin, a déclaré avec vivacité que les relevés du ciel traditionnels reviennent à marquer uniquement les lumières de la ville les plus brillantes dans le ciel nocturne d'un avion, tandis que la cartographie de l'intensité revient à regarder la terre à travers une "fenêtre maculée". Bien que l’image soit floue, elle enregistre toutes les sources lumineuses, pas seulement la partie la plus lumineuse.

Ce travail est le premier à utiliser un ensemble de données aussi volumineux pour effectuer une cartographie de l’intensité du rayonnement Lyman alpha avec une grande précision. Le projet HETDEX s'appuie sur le télescope Hobby-Eberly de l'observatoire McDonald. Il a été conçu à l’origine pour étudier l’énergie sombre en mesurant les positions de plus d’un million de galaxies brillantes. Ce faisant, il a accumulé des données spectrales extrêmement volumineuses - plus de 600 millions de spectres, couvrant une superficie du ciel équivalente à la superficie totale de plus de 2 000 pleines lunes dans le ciel. Carl Gebhardt, chef de projet et président du Département d'astronomie de l'Université du Texas à Austin, a souligné que seulement 5 % environ des données sont réellement utilisées dans l'analyse scientifique quotidienne, et que la majeure partie du reste dormait sur le disque dur, qui recèle un énorme potentiel.

Niemeyer a souligné que HETDEX « ferme presque la lumière » dans une zone du ciel, mais les galaxies qui sont vraiment suffisamment brillantes pour être incluses dans l'échantillon cible scientifique d'origine ne sont que la pointe de l'iceberg, et davantage de lumière est cachée dans l'arrière-plan apparemment vide. Afin de « repêcher » la structure de la toile cosmique à partir de la quantité massive d’observations originales, l’équipe a développé un logiciel spécial et a utilisé le superordinateur du Texas Advanced Computing Center pour traiter de manière centralisée environ un demi-pétaoctet de données.

L'équipe de recherche a ensuite utilisé le catalogue existant de galaxies brillantes comme « panneaux » pour déduire les emplacements de distribution possibles des galaxies plus faibles et des nuages ​​​​de gaz lumineux autour d'elles. Parce que la gravité rassemble la matière, les galaxies brillantes marquent souvent les zones où la matière est fortement concentrée. Eiichiro Komatsu, directeur scientifique de l'Institut Max Planck d'astrophysique qui a participé à l'étude, a déclaré que ces galaxies connues peuvent être considérées comme des enjeux et qu'elles peuvent être utilisées pour estimer la distance et la répartition des sources faibles. La carte résultante montre non seulement des détails plus clairs autour des galaxies brillantes, mais révèle également pour la première fois la structure riche et complexe dans les zones initialement « vierges » entre les galaxies.

La communauté astronomique a déjà réalisé un grand nombre de simulations informatiques sur l’évolution de l’univers au cours de cette période, mais il ne s’agissait après tout que de déductions théoriques. Le réseau cosmique mesuré obtenu cette fois fournit une référence solide pour tester les processus astrophysiques associés. Les chercheurs prévoient ensuite de croiser cette carte d’intensité Lyman alpha de l’hydrogène avec les résultats d’enquête sur d’autres éléments. Par exemple, le gaz froid et dense entourant les régions de naissance des étoiles est souvent révélé par le rayonnement du monoxyde de carbone. La carte d'intensité correspondante devrait révéler plus de détails sur l'environnement des jeunes étoiles qui produisent le rayonnement Lyman alpha.

Muñoz a déclaré que ce travail est avant tout une "première détection", qui est en soi d'une grande importance. Cela ouvre également une nouvelle façon de décrire systématiquement l’univers à l’aide de méthodes de cartographie d’intensité. Il estime que le télescope Hobby-Eberly joue un rôle pionnier dans ce domaine. Alors qu'une variété de nouveaux instruments complémentaires sont utilisés les uns après les autres, l'humanité pourrait inaugurer un « âge d'or » pour cartographier la structure à grande échelle de l'univers.