Webb : XLSSC 122, l'amas de galaxies « trop mûr » pour son époque

Dix milliards d'années en arrière, l'Univers était en pleine adolescence. Et pourtant un amas de galaxies, XLSSC 122, s'y comporte déjà comme un adulte : très massif, très concentré, et riche en matière noire. Le télescope spatial James Webb vient de lui offrir ses images les plus nettes, et les chercheurs disent que cette concentration ne cadre pas avec les prédictions de leurs modèles.

Un amas qui vieillit trop vite

XLSSC 122 a été repéré en 2014 par le satellite en rayons X XMM-Newton de l'ESA. Il se situe à environ 10,4 milliards d'années-lumière (décalage vers le rouge z ≈ 1,98), à l'époque dite du « midi cosmique », quand l'Univers formait ses étoiles jusqu'à 100 fois plus vite qu'aujourd'hui. À cette époque, les amas de galaxies sont censés être encore en construction. Celui-ci est déjà « anormalement bien développé », selon le titre du communiqué de Caltech/IPAC.

Ce que Webb a vu

Les observations de Webb ont montré trois choses, détaillées dans trois études publiées dans The Astrophysical Journal Letters :

• Une lentille gravitationnelle forte. La masse de l'amas déforme la lumière de galaxies situées derrière lui en arcs lumineux. C'est, selon les auteurs, l'amas le plus lointain connu à produire une telle lentille forte. Elle permet de mesurer la masse : environ 6,5 × 10¹³ masses solaires dans les 100 000 premiers parsecs, avec une concentration de 6,3 ± 0,5.
• De la lumière « intra-amas ». Entre les galaxies, une lueur diffuse provient d'étoiles arrachées à leurs galaxies. Webb en détecte la plus ancienne trace connue, soit environ 17 % de la lumière stellaire de l'amas.
• Une fusion en cours. Les mesures en lentille faible et en multi-longueurs d'onde montrent que l'amas continue de se former par fusion.

La matière noire, qui n'est pas détectée directement mais déduite de ses effets de gravité, y serait environ cinq fois plus abondante que la matière ordinaire. Kyle Finner, auteur principal à l'IPAC, souligne que cet amas a « une concentration de masse qui ne cadre pas avec les prédictions de notre modèle cosmologique », et que la lumière intra-amas y « trace essentiellement la matière noire ».

Pourquoi c'est important, et pourquoi il faut rester prudent

Si de grandes structures se forment plus vite que prévu, c'est un indice que les modèles actuels de formation des amas sont incomplets. Mais un seul amas ne fait pas une tendance : les auteurs eux-mêmes indiquent qu'il faudra un échantillon plus large pour savoir s'il s'agit d'un cas rare ou d'un phénomène courant. Les masses dépendent aussi d'hypothèses de modélisation, et le champ étroit de Webb ne permet pas de chercher ce type d'amas à grande échelle : il faudra des relevés en rayons X, en radio ou par effet Sunyaev-Zel'dovich. Les deux études consultées sont des préprints dans leur première version ; le communiqué parle de cosmologues qui « pourraient devoir » réviser leurs cadres, au conditionnel.

Ce qu'il faut retenir

Webb ne remet pas en cause la cosmologie d'un coup : il fournit un cas d'école, très bien documenté, d'une structure plus mûre que prévu pour son âge. Le point de départ d'un travail d'équipe qui doit maintenant chercher d'autres XLSSC 122.