En observant les foules se presser le long de Massachusetts Avenue depuis son siège près de la fenêtre du centre étudiant du MIT, Dominika Ďurovčíková n’a qu’un seul souhait.
« Ce que j’aimerais vraiment faire, c’est convaincre une ville d’éteindre complètement ses lumières, à l’exception des hôpitaux ou de tout ce qui en a besoin, juste pendant une heure », dit-elle. « Laissez les gens voir la Voie lactée ou les étoiles. Cela vous influence. Vous réalisez qu’il y a quelque chose de plus que vos luttes quotidiennes.
Même après une vie passée à contempler le cosmos – et ces dernières années à poursuivre un doctorat avec les professeurs Anna-Christina Eilers et Robert Simcoe de l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT – elle croit toujours au pouvoir de lever les yeux vers le ciel nocturne à l’œil nu.
Cependant, la plupart du temps, elle utilise des outils bien plus puissants. Le télescope spatial James Webb a commencé à fournir de riches données provenant de corps situés aux confins de l’univers, exactement là où elle souhaite regarder. Grâce aux données du JSWT et des télescopes au sol Magellan au Chili, Ďurovčíková recherche des quasars lointains – d’anciens trous noirs supermassifs qui émettent d’intenses quantités de lumière – et plus ils sont éloignés, plus ils fournissent d’informations sur l’univers très ancien.
« Ces objets sont vraiment très brillants, ce qui signifie qu’ils sont vraiment utiles pour étudier l’univers de très loin », dit-elle. « Ce sont comme des phares du passé que vous pouvez encore voir, et ils peuvent vous dire quelque chose sur l’univers à ce stade. C’est presque comme de l’archéologie. »
Ses recherches récentes se sont concentrées sur ce que l’on appelle l’époque de la réionisation. C’est l’époque où le rayonnement des quasars, des étoiles, des galaxies et d’autres corps émetteurs de lumière était capable de pénétrer à travers les nuages sombres d’atomes d’hydrogène laissés par le Big Bang et d’éclairer l’espace.
« La réionisation était une transition de phase où tout ce qui entoure les galaxies devenait soudainement transparent », dit-elle. « Enfin, nous avons pu voir la lumière qui serait autrement absorbée par l’hydrogène neutre. »
L’un de ses objectifs est d’aider à découvrir ce qui a déclenché le processus de réionisation. Bien que la communauté astrophysique ait déterminé un calendrier vague, de nombreuses questions restent sans réponse concernant l’époque de la réionisation, et elle espère que ses recherches sur les quasars pourront aider à résoudre certaines d’entre elles.
« Le grand espoir est que si vous connaissez le moment de la réionisation, cela pourra vous informer sur les sources qui l’ont provoquée en premier lieu », dit-elle. « Nous n’en sommes pas encore là, mais l’étude des quasars pourrait être un moyen d’y parvenir. »
Temps et distance à l’échelle cosmique
Les quasars qui intéressent le plus Ďurovčíková sont classés comme « à redshift élevé ». Le redshift est une mesure de la diminution de la fréquence d’une onde et, dans un contexte astrophysique, il peut être utilisé pour déterminer combien de temps une onde de lumière a voyagé et à quelle distance se trouve sa source, tout en tenant compte de l’expansion de l’univers.
« Plus le redshift est élevé, plus on se rapproche du début de l’univers », explique Ďurovčíková.
Des recherches ont montré que la réionisation a commencé environ 150 millions d’années après le Big Bang et qu’environ 850 millions d’années plus tard, les nuages d’hydrogène sombres qui constituaient le « milieu intergalactique » ou IGM étaient entièrement ionisés.
Dans son article le plus récent, Ďurovčíková a examiné un ensemble de 18 quasars dont la lumière a commencé à voyager entre 770 et 950 millions d’années environ après le Big Bang. Elle et ses collaborateurs, dont des scientifiques de quatre pays différents, ont classé les quasars en trois « compartiments » en fonction de la distance, afin de comparer la quantité d’hydrogène neutre dans l’IGM à différentes époques. Ces quantités ont permis d’affiner le timing de la réionisation et ont confirmé que les données des quasars sont cohérentes avec les données d’autres types de corps.
« L’histoire que nous avons jusqu’à présent », dit Ďurovčíková, « est qu’à un moment donné, par redshift 5 ou 6, la substance située entre les galaxies a été globalement ionisée. Cependant, on ne sait pas clairement quel type d’étoile ou quel type de galaxie est le plus responsable de cette transition de phase globale, qui a affecté l’univers tout entier. »
Une facette étroitement liée de ses recherches – et qu’elle prévoit d’explorer plus en profondeur au cours de la rédaction de sa thèse – concerne la façon dont ces quasars ont vu le jour. Ils sont si anciens et si massifs qu’ils remettent en question les conceptions actuelles sur l’âge de l’univers. La lumière qu’ils génèrent provient de l’immense force gravitationnelle qu’ils exercent sur le plasma qu’ils absorbent, et s’ils étaient déjà suffisamment grands pour le faire il y a des milliards d’années, depuis combien de temps ont-ils commencé à se former ?
« Ces trous noirs semblent trop massifs pour se développer dans le temps que semblent indiquer leurs spectres », dit-elle. « Y a-t-il quelque chose sur notre chemin qui obscurcit le reste de la croissance ? Nous étudions différentes méthodes pour mesurer leur durée de vie. »
Les yeux tournés vers les étoiles, les pieds bien ancrés sur Terre
En attendant, Ďurovčíková s’efforce également d’encourager la prochaine génération d’astrophysiciens. Elle dit qu’elle a eu la chance d’avoir des parents et des mentors encourageants qui lui ont montré des parcours académiques et professionnels qu’elle n’avait même pas envisagés, et elle a cofondé une organisation à but non lucratif appelée Encouraging Women Across All Borders pour faire de même pour les étudiants du monde entier.
« Dans votre vie, vous verrez beaucoup de portes », dit-elle. « Il y a des portes que vous verrez ouvertes, et il y a des portes que vous verrez fermées. Mais la plus grande tragédie, c’est qu’il y a tant de portes dont on ignore même l’existence. »
Elle ne connaît que trop bien ce sentiment. Ayant grandi en Slovaquie, les principales options étaient de fréquenter l’université soit à Bratislava, la capitale, soit à Prague, en République tchèque voisine. Son amour des mathématiques et de la physique l’a cependant inspirée à s’inscrire au programme du Baccalauréat International et c’est dans ce programme qu’elle a rencontré une enseignante, nommée Eva Žitná, qui a « planté les graines » qui l’ont finalement envoyée à Oxford pour un programme de maîtrise d’une année.
« Le simple fait d’être dans l’environnement du programme de l’IB a commencé à ouvrir des possibilités que je n’avais pas envisagées auparavant », dit-elle. « Mes parents et moi avons commencé à parler à Žitná de la façon dont cela pourrait être une possibilité intéressante, et d’une manière ou d’une autre, une chose en a conduit une autre. »
Même si elle prend beaucoup de plaisir à guider les étudiants sur le même chemin qu’elle a emprunté autrefois, les moments où elle peut voir les gens réaliser à quel point l’univers est tout aussi gratifiant sont pour elle tout aussi gratifiants. En tant que codirectrice des Astrogazers du MIT, elle a été témoin de nombreux moments de ce type. Elle se souvient avoir distribué des lunettes à éclipse au Cambridge Science Festival en préparation de l’éclipse solaire partielle d’octobre dernier, et se souvient des enfants et des adultes avec le cou tendu vers le haut, partageant le même air d’émerveillement sur leurs visages.
« La raison pour laquelle je m’en soucie, c’est parce que nous nous laissons tous entraîner très facilement dans les petites choses de la vie », dit-elle. « Le trafic est nul. Le T ne fonctionne pas. Ensuite, vous regardez le ciel et vous réalisez qu’il y a quelque chose de bien plus beau et de bien plus grand que toutes ces petites choses. »
