Un amas de galaxies vieux de 10,4 milliards d’années, observé tel qu’il était seulement 3,4 milliards d’années après le Big Bang, vient d’établir un record : c’est l’amas le plus éloigné jamais détecté comme puissante lentille gravitationnelle. Sa densité, déjà comparable à celle des amas modernes, remet en question les théories actuelles sur la rapidité de formation des grandes structures cosmiques.

Ce que vous allez apprendre

• Pourquoi XLSSC 122 ressemble à un amas galactique bien plus jeune que ce que son âge réel devrait permettre
• Comment fonctionne l’effet de lentille gravitationnelle — et pourquoi le JWST a réussi là où Hubble avait échoué
• En quoi cette découverte pourrait offrir un nouvel outil de mesure précis pour étudier la matière noire

Un amas trop évolué pour son âge

XLSSC 122 a été repéré pour la première fois en 2014, mais c’est le télescope spatial James Webb qui a révélé toute son importance. Observé tel qu’il existait il y a environ 10,4 milliards d’années — soit seulement 3,4 milliards d’années après le Big Bang — cet amas présente une taille et une concentration qui rappellent les amas galactiques bien plus proches et bien plus récents de notre époque.

Le problème, c’est que cette structure existe à une époque où, selon les théories actuelles de formation des grandes structures, des amas aussi massifs et denses ne devraient pas encore exister. Cette précocité apparente pourrait nécessiter une révision des modèles cosmologiques sur la rapidité d’assemblage des amas de galaxies dans l’univers primordial.

Une lentille gravitationnelle record

Au-delà de sa densité surprenante, XLSSC 122 agit comme une lentille gravitationnelle particulièrement puissante. Selon la relativité générale d’Einstein, les objets massifs courbent l’espace-temps — et la lumière, suivant cette courbure, est déviée de sa trajectoire rectiligne. Quand un objet massif comme XLSSC 122 se positionne entre la Terre et une source lumineuse plus lointaine, il amplifie la lumière de cette source, la rendant plus facile à étudier.

Le télescope spatial Hubble avait déjà observé XLSSC 122 par le passé, sans parvenir à détecter cet effet de lentille puissant. Il a fallu la sensibilité exceptionnelle du JWST pour le révéler — établissant XLSSC 122 comme l’amas de galaxies le plus éloigné jamais identifié présentant une lentille gravitationnelle forte.

Crédit : NASA, ESA, CSA ; Kyle Finner (Caltech/IPAC), Robert Hurt (Caltech/IPAC-SELab)

L’amas de galaxies lointain XLSSC 122 vu par le JWST.

Une fenêtre sur la matière noire invisible

Cette découverte ouvre une perspective particulièrement précieuse pour étudier la matière noire. Invisible car elle n’interagit pas avec la lumière, la matière noire reste néanmoins détectable par son influence gravitationnelle — et elle représente environ cinq fois la masse de la matière ordinaire dans les amas galactiques. C’est elle qui domine très largement l’effet de lentille gravitationnelle observé autour de structures comme XLSSC 122.

En étudiant précisément comment la lumière des galaxies d’arrière-plan est déformée par cet amas, les astronomes peuvent cartographier la distribution de matière noire à cette époque reculée — un élément crucial puisque les galaxies se formeraient le long de vastes filaments de matière noire.

Mettre à l’épreuve les modèles cosmologiques

Selon Kyle Finner, du California Institute of Technology et chef de l’équipe de recherche, ce type de lentille gravitationnelle forte offre un outil de mesure très précis pour tester les modèles cosmologiques actuels — sans jamais observer directement la matière noire elle-même. L’équipe espère désormais découvrir d’autres amas similaires à des époques tout aussi reculées de l’histoire de l’univers. Si plusieurs structures de ce type sont confirmées, une révision majeure des modèles standards de formation des grandes structures cosmiques pourrait devenir nécessaire.