Les axes de rotation de plusieurs quasars, ces noyaux actifs de galaxies renfermant en leur cœur des trous noirs supermassifs, sont alignés entre eux, mais également par rapport à l’axe du filament de la toile cosmique auquel ils appartiennent. Ce groupe semble constituer une structure complexe présente au tiers de l’âge de l’Univers, et s’étend sur plus de trois milliards d’années-lumière. Cette observation, tout à fait exceptionnelle, a été menée au Chili par des astrophysiciens de l’Université de Liège, et rendue possible par l’analyse de la polarisation de la lumière des quasars étudiés. Si les chercheurs s’attendaient à découvrir ce type de phénomène, la nouvelle reste surprenante. Elle l’est d’autant plus qu’elle pourrait épingler les limites du modèle standard de l’Univers, qui ne prévoit pas de structures aussi vastes.

En mars 2014, des chercheurs du Département d'Astrophysique, Géophysique et Océanographie de l’Université de Liège se sont rendus à l’observatoire austral de l’ESO, au Chili, pour y observer le ciel au travers d'un des télescopes du VLT (Very Large Telescope), l’un des plus grands télescopes du monde. Ils savaient très précisément vers quelle région du ciel diriger leur attention. Une région où réside un nombre élevé de quasars. Ces cœurs actifs de galaxies qui renferment des trous noirs supermassifs, autour desquels l’accrétion importante de la matière génère une énergie telle qu’ils sont plus lumineux que l’ensemble des étoiles de leur galaxie hôte. Au point que leur éloignement de plusieurs milliards d’années-lumière n’empêche pas leur visibilité depuis la Terre. « Bien évidemment, relativise Damien Hutsemékers, maître de recherche FNRS au Département d'Astrophysique, Géophysique et Océanographie (AGO) de l’ULg, premier auteur de la publication(1) , ce que nous voyons, ce ne sont que des points lumineux, comme lorsqu'on observe des étoiles. D’où leur nom ; quasar est la contraction de quasi-stellar radio source. Dans les années soixante, la spectroscopie a permis de se rendre compte que ces sources lumineuses ne se trouvaient pas dans notre galaxie, mais étaient bien plus éloignées. »

Depuis, la volonté de recenser et de mieux comprendre ces objets présents aux confins de l’Univers n’a cessé de croître. Ces dernières années, de grandes campagnes pointant dans toutes les directions du ciel ont été lancées pour en découvrir un maximum. De quelques milliers il y a une dizaine d’années, la liste des quasars connus dépasse aujourd’hui le million. Un nombre qui fait de ces objets un échantillon statistique de plus en plus robuste et intéressant, et ce, pour différentes raisons. « Leur distance et leur luminosité sont deux bons atouts, explique Lorraine Braibant, doctorante à l’AGO et coauteur de la publication. On les utilise comme balises pour retracer l’Univers très lointain et donc très jeune. Par exemple, le groupe que nous venons d’étudier nous permet de remonter le temps de dix milliards d’années, donc jusqu’au tiers de l’existence de l’Univers. On peut aussi évidemment étudier les quasars pour eux-mêmes. » Là encore, ils suscitent bien des curiosités. Non seulement leur cœur est constitué d’un trou noir supermassif, objet du cosmos encore bien mystérieux, mais ils comptent parmi les astres les plus massifs de l’Univers et semblent, comme l’illustre cette recherche, pouvoir s’organiser en structures. Les étudier, c’est lever une partie du voile sur une zone encore peu comprise du modèle cosmologique standard. Car si nous comprenons assez bien le comportement de ce qui nous entoure, pour ce qui est des plus grandes échelles, plus éloignées dans le temps et dans l’espace, notre connaissance de l’Univers reste théorique et truffée d’extrapolations qui nécessitent d'être validées par l’observation.

C’est à une petite centaine de ces quasars que Damien Hutsemékers et son équipe se sont intéressés. Depuis la récolte de données jusqu’à leur analyse. Ils auraient pu déléguer la responsabilité de l’observation aux astronomes de l’observatoire au Chili. « Mais nous préférions nous rendre sur place, raconte Lorraine Braibant. Le risque était évidemment que les conditions climatiques ne soient pas bonnes quand on arrive. Mais dans notre cas, nous n’avions pas besoin d’une qualité atmosphérique optimale. Et au final, nous avons eu beaucoup de chance avec le temps. Nous avions projeté de pointer 70 quasars. Ce que nous avons réalisé plus vite que prévu. Il nous restait du temps d’observation. Nous avons donc pu observer un autre sous-groupe de quasars, et porter leur nombre à 93. » 

(1) Damien Hutsemékers, Lorraine Braibant, Vincent Pelgrims, Dominique Sluse, Alignment of quasar polarizations with large-scale structures, Astronomy & Astrophysics, 19 novembre 2014.