Mystères de la formation des galaxies

Le scénario qui domine aujourd'hui porte un nom un peu technique — formation hiérarchique — mais l'idée est simple : on commence petit, et on grossit en avalant. Les premiers objets à se former sont des galaxies naines, modestes paquets d'étoiles de quelques millions à quelques milliards de masses solaires. Puis ces naines tombent les unes vers les autres, guidées par les halos de matière noire, et fusionnent. De collision en collision, les grandes galaxies s'assemblent par le bas plutôt que de naître d'un bloc.

Combes insiste sur ce que les fusions font réellement. Quand deux galaxies de taille comparable se rencontrent, le choc est spectaculaire mais les étoiles, elles, ne se percutent quasiment jamais — l'espace entre elles est trop grand. Ce qui se bouscule, c'est le gaz. Comprimé par la rencontre, il s'effondre et déclenche des flambées de formation d'étoiles, des galaxies entières qui s'embrasent d'un coup. À la sortie, les deux disques bien ordonnés se brouillent en une masse plus ronde, désordonnée : une galaxie elliptique. On soupçonne que beaucoup de ces grandes ellipses sont précisément des épaves de collisions anciennes.

Une spirale bien formée — la nôtre, par exemple — pose une question que les fusions n'expliquent pas à elles seules. Les bras spiraux sont des structures délicates : un disque trop secoué par des collisions aurait du mal à les garder. Combes, qui a beaucoup travaillé sur ces dynamiques, décrit les bras moins comme des objets solides que comme des ondes de densité — des zones où le gaz et les étoiles se tassent en traversant le disque, un peu comme un embouteillage se maintient sur une autoroute alors que les voitures, elles, ne cessent d'y entrer et d'en sortir. Les étoiles ne restent pas dans le bras ; c'est le motif qui persiste.

Le gaz est le carburant de toute l'affaire. Tant qu'une galaxie dispose de réserves de gaz froid, elle fabrique des étoiles. Quand le gaz s'épuise ou se réchauffe, la fabrication s'arrête et la galaxie vieillit, rougit, se fige. Comprendre comment le gaz arrive, circule et finit par manquer, c'est comprendre pourquoi certaines galaxies sont encore vivantes et d'autres éteintes.

Le propre d'un bon modèle, c'est qu'on peut le prendre en défaut avec précision. Combes referme son livre non pas sur un triomphe, mais sur un inventaire d'anomalies — et c'est là, paradoxalement, que la science travaille le plus. Un modèle qui expliquerait tout ne serait plus une science vivante : ce sont les résidus, les points qui dépassent, qui indiquent où creuser.

Premier accroc, et il est de taille : le télescope spatial James Webb, en service depuis 2022, a repéré dans l'univers très jeune des galaxies qui semblent trop grosses, trop massives, trop vite. Le scénario hiérarchique prévoit qu'on monte petit à petit ; or on voit des structures bien assemblées quelques centaines de millions d'années seulement après le Big Bang, un délai qui paraît court pour tout construire par fusions successives. Rien n'est tranché — les masses sont difficiles à mesurer si tôt — mais l'écart est assez net pour faire réfléchir.

De la toile de matière invisible aux fusions de galaxies naines, des bras spiraux au trou noir qui régule tout, le scénario tient une cohérence impressionnante : on sait à peu près comment un univers presque lisse a fini par sécréter des spirales. Combes raconte cette réussite sans la survendre, parce qu'elle observe le ciel depuis assez longtemps pour savoir que les belles histoires sont celles qui laissent des bords qui dépassent.