Trente ans de calculs, de simulations, de modèles peaufinés à l’extrême. Et voilà que trois galaxies les remettent brutalement en question. Depuis que le James Webb Space Telescope (JWST) scrute les confins de l’univers observable, les astronomes ont découvert quelque chose que personne n’avait prévu : des galaxies colossales, pleinement formées, qui existaient déjà moins d’un milliard d’années après le Big Bang. Trop grandes. Trop mûres. Trop tôt.

À retenir

Des galaxies aussi massives que la Voie lactée détectées au cœur de l’univers primitif, là où elles n’auraient théoriquement jamais pu exister
Ces Red Monsters forment des étoiles avec une efficacité deux fois supérieure aux prédictions, transformant le gaz en étoiles à une vitesse vertigineuse
Les trois décennies de modèles cosmologiques restent valides, mais notre compréhension des premiers milliards d’années de l’univers doit être complètement révisée

Sommaire

Des galaxies qui n’auraient pas dû exister
Une efficacité de formation d’étoiles qui défie les lois connues
Le modèle standard vacille, mais ne s’effondre pas
Une révolution en temps réel

Des galaxies qui n’auraient pas dû exister

Lorsque les astronomes ont jeté un premier coup d’œil sur la jeunesse de l’univers grâce au JWST, ils s’attendaient à observer des galaxies modestes et en pleine croissance, conformément aux prédictions du modèle standard. Cette attente reposait sur des décennies de cosmologie solide : le modèle ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter), qui décrit comment la matière ordinaire s’agglutine progressivement autour de halos de matière noire pour former, lentement, les structures galactiques. Le mot clé étant « lentement ».

Or, les scientifiques ont découvert une abondance inattendue de galaxies bien trop massives pour le jeune âge de l’univers. Parmi elles, trois ont été surnommées les « Red Monsters » dans une étude publiée dans la revue Nature en novembre 2024. Une équipe internationale menée par l’Université de Genève a identifié trois galaxies ultra-massives, presque aussi massives que la Voie lactée, déjà en place dans le premier milliard d’années après le Big Bang. Pour situer l’échelle : notre propre galaxie a mis 13,8 milliards d’années à atteindre cette taille. Ces trois-là y sont parvenues en une fraction de ce temps.

Ces trois galaxies, situées seulement un milliard d’années après le Big Bang, sont des objets poussiéreux et massifs contenant plus de 100 milliards de masses solaires d’étoiles. En raison de leur forte teneur en poussière, qui leur confère une apparence rouge distincte dans les images du JWST, elles ont été baptisées les trois « Red Monsters ». Un nom qui dit beaucoup sur l’état d’esprit des chercheurs face à ces objets.

Une efficacité de formation d’étoiles qui défie les lois connues

Ce qui sidère les astronomes, ce n’est pas seulement la taille de ces galaxies, c’est leur vitesse de croissance. Les scientifiques ont trouvé trois galaxies surprenantes dont les masses stellaires sont comparables à la Voie lactée moderne, et qui forment des étoiles presque deux fois plus efficacement que leurs homologues moins massives. Concrètement, S2 et S3 forment chacune environ 1 000 masses solaires de nouvelles étoiles par an. Comparez avec notre galaxie, qui n’en produit qu’une poignée. C’est l’équivalent de construire toute la ville de Paris en une seule nuit, pendant un milliard d’années.

Les premières données du JWST ont indiqué une possible crise pour la cosmologie ΛCDM, avec des galaxies candidates affichant une efficacité de conversion baryons-étoiles supérieure à 80 %, alors que même un taux supérieur à 57 % était considéré comme implausible. Le modèle standard prévoit qu’une partie seulement du gaz primordial disponible se transforme en étoiles, le reste étant expulsé par les vents stellaires, la chaleur, les supernovas. Il est possible que notre compréhension de l’efficacité avec laquelle le gaz peut être converti en étoiles ne s’applique pas aux premières époques de l’univers, et qu’au lieu des 20 % maximum observés tardivement, il pourrait y avoir eu jusqu’à 50 % d’efficacité au cours du premier milliard d’années.

David Elbaz, directeur de recherche au CEA Paris-Saclay, souligne que « les propriétés massives de ces Red Monsters étaient à peine déterminables avant le JWST, car elles sont optiquement invisibles en raison de l’atténuation par la poussière ». C’est précisément là que réside le coup de génie du télescope : son œil infrarouge traverse les nuages de poussière là où Hubble était aveugle. Ce qui était invisible est devenu spectaculairement visible, et le spectacle dérange.

Le modèle standard vacille, mais ne s’effondre pas

Le JWST a conduit à la conclusion surprenante que l’univers primitif, âgé de moins d’un milliard d’années, est densément peuplé de galaxies bien développées et de quasars qui n’auraient pas eu le temps de se former dans le cadre de la cosmologie standard ΛCDM. Cette conclusion, formulée dans plusieurs études académiques, n’est pourtant pas synonyme d’abandon du modèle standard.

Ces découvertes ne contredisent pas forcément le modèle cosmologique standard, mais soulèvent de nouvelles questions sur la formation des galaxies, notamment la problématique des galaxies « trop nombreuses et trop massives » dans l’univers primitif. Les modèles actuels devront peut-être prendre en compte des processus différents ayant permis à certaines galaxies massives précoces d’engendrer des étoiles avec une telle efficacité. La nuance est importante : ce n’est pas le Big Bang qui est remis en question, c’est notre compréhension de ce qui s’est passé dans le premier milliard d’années qui suit.

Certains théoriciens explorent des pistes radicales. Les cordes cosmiques, prédites par des théories de physique des particules au-delà du Modèle Standard, constituent une explication potentielle prometteuse : elles pourraient agir comme des graines gravitationnelles supplémentaires dans l’univers primitif, amplifiant la formation de structures à haut décalage vers le rouge. D’autres chercheurs regardent du côté des bulles de gaz froid, d’une éjection de poussière plus efficace, ou de cycles rapides de formation stellaire et de quiescence. Les causes exactes de cette croissance accélérée restent un mystère, pouvant reposer sur une plus grande abondance de gaz, des taux de refroidissement du gaz plus rapides, ou d’autres conditions non encore comprises.

Une révolution en temps réel

Le JWST a mis au jour une abondance surprenante de galaxies massives et lumineuses dans cette ère précoce, défiant les modèles existants de formation galactique. Une nouvelle Perspective publiée dans Nature Astronomy — issue d’un atelier international réunissant des astronomes de premier plan en 2024, décrit ce moment comme une époque transformatrice où les manuels scientifiques sont réécrits en temps réel.

Au-delà de l’abondance de galaxies massives et lumineuses, le JWST a révélé l’émergence inattendue, à des décalages vers le rouge élevés, de systèmes morphologiquement et dynamiquement matures. Des disques spiraux, des barres centrales, des structures ordonnées là où régnait censément le chaos primitif. Par exemple, la galaxie J0107a, observée environ 400 millions d’années après le Big Bang, possède une structure spirale avec une barre centrale et est plus de dix fois plus massive que la Voie lactée, formant des étoiles à un rythme 300 fois plus rapide.

Le catalogue COSMOS2025, publié en mai 2026, a consolidé ces observations en répertoriant 780 000 galaxies, renforçant l’idée que les Red Monsters ne sont pas des exceptions anecdotiques mais les premiers représentants d’une population entière qui attendait, cachée sous la poussière, que quelqu’un se donne enfin les moyens de les voir. Trente ans de développement pour construire le JWST. Un milliard d’années d’histoire cosmique à réécrire.

Sources : innovant.fr | ledevoir.com