Les astronomes ont détecté des gaz étonnamment chauds dans un amas de galaxies lointain en développement à peine 1,4 milliard d’années après le Big Bang. Cette découverte, réalisée à l’aide du réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), remet en question les modèles existants sur la façon dont les amas de galaxies se forment et évoluent dans l’Univers primitif. Le protocole, désigné SPT2349-56, est situé à environ 12,4 milliards d’années-lumière, ce qui signifie que nous l’observons tel qu’il existait lorsque le cosmos n’avait qu’un dixième de son âge actuel.
La chaleur inattendue
Les observations révèlent une atmosphère extrêmement chaude entourant le noyau de l’amas, qui contient plusieurs trous noirs supermassifs qui s’alimentent activement et plus de 30 galaxies subissant une intense formation d’étoiles. Ces galaxies donnent naissance à des étoiles à une vitesse jusqu’à 1 000 fois plus rapide que notre Voie lactée, le tout regroupé dans un espace seulement trois fois plus grand.
“Nous ne nous attendions pas à voir une atmosphère d’amas aussi chaude si tôt dans l’histoire cosmique”, explique Dazhi Zhou, titulaire d’un doctorat. candidat à l’Université de la Colombie-Britannique. Avant cela, les scientifiques pensaient que les premiers amas de galaxies étaient trop jeunes pour avoir une atmosphère chaude et stable pleinement développée.
Effet thermique Sunyaev-Zel’dovich
La percée a été réalisée grâce à l’utilisation de l’effet thermique Sunyaev-Zel’dovich (tSZ), une technique qui détecte la faible ombre projetée par les électrons chauds dans les amas de galaxies sur la rémanence du Big Bang – le fond cosmique des micro-ondes. Cette méthode indirecte a permis aux astronomes de cartographier le gaz chaud sans avoir besoin d’observer la lumière émise directement par celui-ci.
Implications pour la formation de clusters
Cette découverte suggère que des amas massifs pourraient se former plus rapidement et plus violemment qu’on ne le pensait auparavant, avec de puissantes explosions de trous noirs supermassifs injectant une énorme énergie dans le gaz environnant. L’étude propose que ces processus énergétiques, combinés à une activité intense d’étoiles, peuvent rapidement surchauffer le gaz intra-amas dans les jeunes amas.
Cette surchauffe est probablement une étape cruciale dans la transformation de ces premiers amas froids en structures chaudes et tentaculaires observées aujourd’hui. Les modèles actuels d’évolution des galaxies et des amas pourraient nécessiter une révision pour tenir compte de ce processus de réchauffement accéléré.
Un nouveau laboratoire pour l’évolution cosmique
SPT2349-56 présente une opportunité unique d’étudier les premières étapes de la formation des clusters. La coexistence d’une formation rapide d’étoiles, de trous noirs énergétiques et d’une atmosphère surchauffée dans un amas aussi jeune et compact est sans précédent.
“SPT2349-56 est un laboratoire très étrange et passionnant”, souligne Zhou. « Il existe encore un énorme écart d’observation entre cette première étape violente et les clusters plus calmes que nous verrons plus tard. » Cartographier l’évolution de ces atmosphères au fil du temps sera un objectif clé des recherches futures.
Les résultats, publiés dans Nature le 5 janvier 2026 (doi : 10.1038/s41586-025-09901-3), repoussent les limites de ce que les astronomes peuvent étudier dans l’Univers primitif et ouvrent de nouvelles questions sur l’interaction entre les trous noirs supermassifs, la formation des galaxies et l’évolution des structures cosmiques. La première détection directe de gaz d’amas chaud jamais signalée oblige les scientifiques à repenser la séquence et la vitesse de l’évolution des amas de galaxies.
