Le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA investiguera la transition de l'univers vers son paysage étoilé actuel, une période connue sous le nom d'aube cosmique. Actuellement, de vastes régions de l'espace sont claires, mais cela n'a pas toujours été le cas. Dans sa jeunesse, l'univers était obscurci par un 'brouillard' qui cachait les premières étoiles et galaxies.
Michelle Thaller, astrophysicienne au Centre de vol spatial Goddard de la NASA, a déclaré : « Quelque chose de fondamental sur la nature de l'univers a changé pendant cette période. Grâce à l'imagerie infrarouge nette de Roman, nous comprendrons enfin ce qui s'est passé lors d'un tournant cosmique critique. »
Peu après sa naissance, le cosmos était une mer bouillonnante de particules et de radiations. À mesure qu'il s'étendait et se refroidissait, des protons chargés positivement capturaient des électrons chargés négativement, formant des atomes neutres, principalement de l'hydrogène et un peu d'hélium. Il a probablement fallu beaucoup de temps pour que l'hydrogène et l'hélium gazeux fusionnent pour former des étoiles, qui se sont ensuite regroupées pour former les premières galaxies. Cependant, même lorsque les étoiles ont commencé à briller, leur lumière ne pouvait pas voyager loin avant d'être absorbée par des atomes neutres. Cette période, connue sous le nom d'âge sombre cosmique, a duré d'environ 380 000 à 200 millions d'années après le Big Bang.
Le 'brouillard' s'est progressivement dissipé à mesure que de plus en plus d'atomes neutres se sont décomposés au cours des centaines de millions d'années suivantes, marquant l'aube cosmique.
Aaron Yung, boursier Giacconi à l'Institut des sciences du télescope spatial, a exprimé sa curiosité concernant le processus, déclarant : « La large et nette vue de l'espace profond de Roman nous aidera à évaluer différentes explications. »
L'équipe de la NASA pense que les galaxies primitives pourraient être en grande partie responsables de la lumière énergétique qui a brisé les atomes neutres. Les premiers trous noirs pourraient également avoir joué un rôle. Roman cherchera partout pour examiner les 'coupables' potentiels.
Takahiro Morishita, scientifique assistant au Caltech/IPAC, a noté : « Roman sera un excellent outil pour trouver les éléments constitutifs des structures cosmiques, comme les amas de galaxies qui se forment plus tard. Il identifiera rapidement les régions les plus denses où le plus de 'brouillard' est dégagé, ce qui fait de Roman une mission clé pour enquêter sur l'évolution précoce des galaxies et l'aube cosmique. »
Les premières étoiles étaient probablement très différentes des étoiles modernes. Lorsque la gravité a commencé à attirer la matière, l'univers était extrêmement dense. Ces étoiles pouvaient être des centaines ou des milliers de fois plus massives que le Soleil, émettant d'énormes quantités de radiations à haute énergie. La gravité a regroupé les étoiles jeunes pour former des galaxies, et leurs explosions accumulées ont pu arracher des électrons des protons dans les bulles d'espace qui les entouraient.
« On pourrait dire que c'était la fête du début de l'univers, » a déclaré Thaller, ajoutant : « Nous n'avons jamais vu la naissance des premières étoiles et galaxies, mais cela a dû être spectaculaire ! »
Cependant, ces étoiles massives n'ont pas duré longtemps. Les scientifiques pensent qu'elles se sont effondrées rapidement, laissant derrière elles des trous noirs, des objets dont la gravité est si extrême que même la lumière ne peut s'en échapper. Dans l'univers jeune, qui était plus petit en raison d'une expansion limitée, des hordes de ces trous noirs ont pu fusionner pour former d'autres encore plus grands, avec des masses allant jusqu'à des millions ou même des milliards de fois celle du Soleil.
Les trous noirs supermassifs ont pu contribuer à dégager le 'brouillard' d'hydrogène qui imprégnait l'univers primitif. Le matériau chaud tournant autour des trous noirs dans les centres brillants des galaxies actives, appelés quasars, peut générer des températures extrêmes et émettre d'énormes jets de radiations intenses. Ces jets peuvent s'étendre sur des centaines de milliers d'années-lumière, arrachant des électrons à tous les atomes qui se trouvent sur leur chemin.
Le télescope spatial James Webb de la NASA explore également l'aube cosmique, utilisant sa vue plus étroite mais plus profonde pour étudier l'univers primitif. En combinant les observations de Webb avec celles de Roman, les scientifiques généreront une image beaucoup plus complète de cette époque. Jusqu'à présent, Webb a découvert plus de quasars que prévu, compte tenu de leur rareté et de son champ de vision limité. La vue élargie de Roman aidera les astronomes à comprendre à quel point les quasars sont réellement communs, car il est probable qu'il en trouve des dizaines de milliers par rapport au petit nombre que Webb peut détecter.