Les galaxies les plus anciennes de l'Univers sont jusqu'à trois fois plus massives que prévu. Elles renferment davantage d'étoiles naines et moins de géantes brillantes qu'on ne soupçonnait jusqu'à présent. Ce résultat conduit à réviser les modèles de formation d'étoiles et de galaxies en vigueur depuis 50 ans. Basé sur l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) de 260 galaxies évoluées, distantes de moins de 135 millions d'années-lumière, avec le télescope (Un télescope (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir ») est un instrument optique qui permet d'augmenter la taille apparente des...) William Herschel de 4,2 mètres, aux Canaries, il a été obtenu par une équipe internationale qui inclut cinq chercheurs de l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du...), du CEA, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Lyon. Il est paru le 26 avril 2012 dans la revue Nature.


Certaines des plus anciennes galaxies du cosmos renferment trois fois plus de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. Elle occupe...) ordinaire - et donc beaucoup plus d'étoiles - que tous les modèles d'évolution astrophysiques actuels ne le prédisent. Cette conclusion provient de l'équipe internationale Atlas3D menée par un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes...) de l'université d'Oxford (Royaume-Uni) et qui inclut cinq scientifiques français de l'Observatoire de Paris, du CEA, du CNRS et de l'Université de Lyon. Les travaux s'appuient sur l'observation sans précédent d'un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents...) de 260 galaxies évoluées, elliptiques et lenticulaires, distantes de moins de 135 millions d'années-lumière et de masse supérieure à l'équivalent de 6 milliards de soleils. Les mesures combinées d'imagerie et de spectroscopie à deux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) (intégrale de champs) ont été menées au télescope William Herschel de 4,2 mètres à La Palma, dans l'archipel (Un archipel est un ensemble d'îles relativement proches les unes des autres.) des Canaries. Les chercheurs en ont tiré des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) inédites sur les populations d'étoiles qui composent ces univers-îles et sur leur mouvement. L'analyse et les simulations ont porté sur la cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement modélisées par des forces et des moments)....) et la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :).


Résultats

Les modèles, qui supposent depuis plus de 50 ans que la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 0,38 à 0,78 micron (380 nm à 780 nm ; le symbole nm désigne le...) reçue d'une galaxie est liée à sa masse, sont à revoir. En outre, une nouvelle énigme surgit et reste à creuser: comment les galaxies nées dans les tout premiers moments de l'histoire de l'Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses...) peuvent-elles s'être développées et avoir pris du poids (Le poids d'un corps nu ou force de pesanteur est la force exercée sur un corps (de masse m) immobile dans le référentiel terrestre (c’est-à-dire, lié à l'objet solide Terre en rotation), par l'attraction universelle des autres...) aussi rapidement ?

La lumière issue des galaxies est l'arbre qui cache la forêt. Elle reflète les étoiles les plus massives et brillantes, géantes et supergéantes. Une composante reste donc éclipsée. Les galaxies peuvent contenir énormément de petites étoiles qui représentent une quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) importante mais ne se voient pas, car elles émettent peu de rayonnement.

Jusqu'à maintenant, les théories supposaient que la lumière captée par les instruments pouvait être utilisée pour calculer la masse totale des populations d'étoiles d'une galaxie. L'étude suggère, au contraire, que les galaxies sont toutes différentes les unes des autres. Certaines mêmes contiennent beaucoup plus d'étoiles et paraissent bien étranges.

Outre la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), le second paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) fondamental à appréhender pour bien cerner les galaxies est donc leur masse. C'est elle que les modèles prédisent. Cependant, jusqu'ici, il s'est avéré difficile de calculer la contribution des étoiles car impossible de connaitre avec précision la part de la fameuse matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont été émises et explorées sur...) qui emplit les halos périphériques de galaxies sans que l'on en connaisse ni la nature, ni l'origine. Diverses tentatives ont ici échoué.

La nouvelle analyse présentée a réussi grâce à la cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes. Elle mobilise un ensemble de techniques servant à la production des cartes. La cartographie constitue un des...) de la dynamique stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces...) de nombreuses galaxies, combinée aux modèles numériques. En distinguant pour la première fois la masse des étoiles et la matière noire, il a été montré que la relation entre lumière et masse est loin de constituer une loi universelle. Elle varie de galaxie en galaxie. Certaines vieilles galaxies, lenticulaires et elliptiques, sont trois fois plus massives qu'on ne croyait.

La question de comment traiter la lumière d'une galaxie pour en déduire la masse de l'astre est un problème ancien et a été longuement débattu. Sa résolution passe par la détermination de la "fonction initiale de masse" sorte de pédigrée originel de chaque galaxie. Il devient dorénavant possible de mieux répondre en s'affranchissant du comportement méconnu et entaché d'incertitudes de la matière noire.

L'étude indique qu'il reste beaucoup à découvrir sur la façon dont les galaxies, et l'Univers primitif, ont évolué. Une partie de l'histoire de ces galaxies se trouve inscrite dans leurs populations en étoiles variées. La formation d'étoiles a été différente par le passé. Elle a semblé favoriser les naines plus propices... à l'apparition des planètes habitables.