Un quasar à 13 milliards d’années-lumière de nous, tel est le trou noir le plus lointain qui vient d’être découvert grâce au télescope Canada-France-Hawaii^[1]. C’est une équipe internationale menée par Chris Willott de l'Université d'Ottawa et comprenant, notamment, des chercheurs de l’Institut d’Astrophysique de Paris et du Laboratoire d’AstrOphysique de Grenoble (unités mixtes de recherche du CNRS et des Universités Pierre et Marie Curie et Joseph Fourier)^[2] qui a détecté ce quasar, mais aussi 3 autres quasars très lointains. La découverte d’un objet aussi lointain alors que l’Univers avait moins d’un milliard d’années permet d’obtenir des informations sur l’importante phase de l’histoire de l’Univers où les galaxies, étoiles et trous noirs ont commencé à se former très rapidement Ce résultat est présenté, le 7 juin, par Chris Willott dans le cadre de la conférence annuelle de la Société Canadienne d'Astronomie (CASCA 2007) à Kingston, Ontario.

Ces quasars sont en fait des galaxies qui possèdent un trou noir super-massif en leur centre. La matière entourant le trou noir est attirée et en tombant au centre s’échauffe et devient extrêmement lumineuse, d’où la possibilité d’observer des objets aussi lointains.

Ces quasars, se situant à de très grandes distances, ont été découverts dans le cadre d'une recherche systématique des quasars les plus lointains, projet intitulé "Canada-France High-z Quasar Survey" (CFHQS), qui utilise la caméra MegaCam au foyer MegaPrime ^[3] du Télescope Canada-France-Hawaï (CFHT). Les astronomes ont réussi, parmi les millions d’étoiles et de galaxies observés dans le cadre de ce projet, à détecter les quatre objets qui s'avèrent être des quasars très lointains ^[4].

Le quasar le plus lointain, jamais observé, a été nommé CFHQS J2329-0301 d’après sa position dans le ciel (il se trouve dans la constellation des Poissons). L’équipe, conduite par Chris Willott, a utilisé le télescope de 8 m Gemini-Sud au Chili pour obtenir un spectre de ce quasar. Il a un décalage spectral de 6,43 (le précédent record était de 6.42 !) et Chris Willott a pu dire : "dès que j'ai vu le spectre avec sa prodigieuse raie d'émission, j'ai su que nous tenions un quasar particulièrement lointain". La lumière de ce quasar a mis près de 13 milliards d’années pour nous parvenir. Comme le Big Bang s'est produit il y a 13,7 milliards d'années, ceci signifie que nous voyons le quasar tel qu'il était moins d'un milliard d'années après le Big Bang.

L'intérêt de cette découverte réside dans le fait que plus le quasar est éloigné de la Terre, plus il est près du début de l'Univers. Durant les premières centaines de millions d'années l'Univers était obscur parce qu'il n'y avait ni étoiles ni galaxies, et les atomes étaient alors tous neutres. Puis les premières étoiles et galaxies ont commencé à briller et leur lumière a causé un processus connu sous le nom de ré-ionisation de l'Univers, où tous les atomes ont été ionisés. La quête des informations permettant de caractériser ce processus et son époque précise est aujourd'hui l'un des objectifs majeurs de l'astronomie. Comme le quasar est très brillant, sa lumière peut être utilisée comme source d'arrière-plan pour sonder les propriétés du gaz qui se situe entre lui et nous à cette époque de ré-ionisation.

On pense que le trou noir au sein de ce quasar a une masse d’environ 500 millions de fois la masse du Soleil. Alain Omont de l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS et Université Pierre et Marie Curie), membre de l'équipe fait remarquer que, "outre l'utilisation de la douzaine de quasars de ce type connus pour étudier la ré-ionisation de l'Univers, ils permettent aussi de repérer certaines des premières galaxies massives à s'être formées dans l'Univers". "Nous aimerions savoir dans quels types de galaxies vivent ces quasars", ajoute-t-il.

L'équipe prépare maintenant d'autres observations du quasar avec notamment l’obtention d’un spectre infrarouge avec Gemini et l’observation du gaz interstellaire du quasar à l'Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM : CNRS-MPG-IGN).

Avec cette découverte, le télescope de 3,6 m du CFHT conforte sa position à la pointe de l'imagerie à grand champ de l'Univers lointain. Elle démontre aussi la puissance de télescopes de taille relativement modeste comme le CFHT comme machine à découvrir pour alimenter les télescopes de la classe des 8-10m avec des objets fascinants à observer.
 

Article soumis pour publication dans Astronomical Journal :

"FOUR QUASARS ABOVE REDSHIFT 6 DISCOVERED BY THE CANADA-FRANCE HIGH-Z QUASAR SURVEY". Chris J. Willott, Philippe Delorme, Alain Omont, Jacqueline Bergeron, Xavier Delfosse, Thierry Forveille, Loic Albert, Céline Reyle, Gary J. Hill, Michael Gully-Santiago, Phillip Vinten, David Crampton, John B. Hutchings, David Schade, Luc Simard, Marcin Sawicki, Alexandre Beelen et Pierre Cox.
 

Figure 2
Spectre du quasar obtenu avec le télescope Gemini-sud. On voit la raie Lyman alpha qui se situe à 9 000 Angströms indiquant ainsi le très fort décalage vers le rouge puisque cette raie est émise à 1 216 Angströms par les atomes d'hydrogène.

Figure 3
Le télescope Canada-France-Hawaii.

Figure 4
Schéma présentant les grandes évolutions de l'Univers depuis le Big Bang avec notamment la période de l'Âge Sombre et la période de ré-ionisation.