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Posté par Michel le Jeudi 12/07/2012 à 12:00
Les galaxies noires de l'Univers primordial observées pour la première fois
Pour la première fois, des galaxies noires ont été observées. Les galaxies noires correspondent à l'une des premières phases de la formation des galaxies, prédite par la théorie, mais qui n'avait jamais été observée jusqu'à présent. Ces objets sont essentiellement des galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par...) riches en gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) et sans étoiles. En utilisant le très grand télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille apparente des...) de l'ESO, le VLT, une équipe internationale a détecté ces objets difficiles à voir en les voyant briller alors qu'ils étaient illuminés par un quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'énergie électromagnétique, incluant la...).


Cette image profonde montre une région du ciel autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) du quasar HE0109-3518.
Le quasar est proche du centre de l'image. Le rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par exemple : radioactivité α)....) énergétique du quasar fait briller les galaxies noires,
aidant ainsi les astronomes à comprendre les phases primordiales obscures de la formation des galaxies.
Les galaxies noires sont pratiquement dénuées d'étoiles et, de ce fait, elles n'émettent aucune lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...)
que les télescopes peuvent capter. Elles sont ainsi pratiquement impossibles à observer
à moins qu'elles ne soient illuminées par une source lumineuse extérieure comme un quasar en arrière-plan.
Cette image combine des observations (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 appropriés. Le...) faites avec le VLT,
dédiées à la détection d'émissions fluorescentes produites par un quasar illuminant les galaxies noires,
avec 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.) couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s)...) provenant du Digitized Sky Survey 2.
Crédit: ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo (UCSC)
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Les galaxies noires sont de petites galaxies riches en gaz de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) primordial qui ont beaucoup de mal à de former des étoiles. Elles sont prédites par les théories de formation des galaxies et sont supposées être les blocs élémentaires des galaxies lumineuses et riches en étoiles d'aujourd'hui. Les astronomes supposent qu'elles ont dû fournir la majorité du gaz des grandes galaxies qui par la suite a formé les étoiles qui existent actuellement.

Etant pratiquement dépourvues d'étoiles, ces galaxies noires n'émettent pas beaucoup de lumière, ce qui les rend très difficiles à détecter. Pendant des années les astronomes ont essayé de développer de nouvelles techniques pour confirmer leur existence. De petites raies en absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'énergie électronique. Le photon est détruit lors de...) dans le spectre de sources lumineuses d'arrière-plan ont laissé supposer leur existence. Cependant, cette nouvelle étude correspond à la première fois où de tels objets ont été observés directement.

"Notre approche du problème de détection des galaxies noires a été simplement de les éclairer avec une lumière puissante" Explique Simon Lilly (ETH Zurich, Suisse), coauteur de l'article. "Nous avons cherché le rayonnement fluorescent du gaz dans les galaxies noires quand elles sont illuminées par la lumière ultraviolette émise par un quasar proche et très brillant. La lumière du quasar fait s'illuminer les galaxies noires par un processus semblable à la manière dont les vêtements blancs s'illuminent avec une lampe ultraviolette de lumière noire (La lumière noire ou lumière de Wood (du nom de l'inventeur Robert William Wood), est une lumière composée de violet et de proche ultraviolet.) dans une discothèque." (1)

L'équipe a tiré parti de la grande surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) collectrice et de la sensibilité du VLT ainsi que d'une série d'observations avec de très longs temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de pose, pour détecter la lumière fluorescente extrêmement faible des galaxies noires. Ils ont utilisé l'instrument FORS2 pour cartographier une région du ciel autour du quasar brillant (2) HE 0109-3518, à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) de la lumière ultraviolette émise par l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) quand il est soumis à d'intenses rayonnements. Du fait de l'expansion de l'Univers, avec le temps qu'il faut à cette lumière pour atteindre le VLT, elle est en fait observée comme une nuance de violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en synthèse additive, et d'un mélange de magenta (environ 100%) et de cyan (environ 50%) en synthèse soustractive (pigments).). (3)

"Après plusieurs années de tentatives pour détecter l'émission fluorescente des galaxies noires, nos résultats démontrent le potentiel de notre méthode pour découvrir et étudier ces objets fascinants et auparavant invisibles," déclare Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz), le premier auteur de cette étude.

L'équipe a détecté près de 100 objets gazeux situés dans un rayon de quelques millions d'années-lumière autour du quasar. Après une analyse méticuleuse conçue pour exclure les objets dont l'émission pourrait être provoquée par la formation stellaire interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...) aux galaxies et non pas par la lumière du quasar, ils ont finalement réduit leur recherche à 12 objets. Il s'agit là de l'identification des galaxies noires de l'Univers primordial la plus convaincante à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...).

Les astronomes ont aussi été capables de déterminer quelques propriétés des galaxies noires. Ils ont estimé que la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à...) de leur gaz équivaut à environ 1 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent...) de fois la masse du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...), ce qui est typique pour les galaxies de faible masse riche en gaz de l'Univers primordial. Ils ont également pu estimer que l'efficacité de la formation stellaire est réduite d'un facteur 100 par rapport aux galaxies à formation d'étoiles typiques trouvées à une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) similaire de l'histoire cosmique. (4)

"Nos observations avec le VLT ont fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus...) la preuve de l'existence de nuages noirs compacts et isolés. Avec cette étude, nous avons fait un pas capital vers la découverte et la compréhension des premières et obscures phases de la formation des galaxies et sur la manière dont les galaxies acquièrent leur gaz," conclut Sebastiano Cantalupo.

Le spectrographe intégral de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) MUSE, qui sera mis en service sur le VLT en 2013 sera un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions...) extrêmement puissant pour étudier ces objets.


Notes:

(1) La fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »)....) est l'émission de lumière par une substance illuminée par une source lumineuse. Dans la plupart des cas, la lumière émise a une longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet,...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une onde...) plus longue que celle de la source lumineuse. Par exemple, les lampes fluorescentes transforment le rayonnement ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) - qui nous est invisible- en lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.). La fluorescence apparaît naturellement dans certains éléments comme les roches ou les minéraux, mais elle peut aussi être ajoutée intentionnellement comme dans les détergents qui contiennent des substances chimiques fluorescentes pour que les habits blancs apparaissent plus blancs sous la lumière normale.

(2) Les quasars sont des galaxies lointaines très brillantes que l'on suppose alimentées par des trous noirs supermassifs en leur centre. Leur brillance en fait des phares puissants qui peuvent aider à illuminer les zones environnantes, en sondant l'époque où les premières étoiles et galaxies se sont formées à partir du gaz primordial.

(3) Cette émission de l'hydrogène est connue sous le nom de rayonnement Lyman-alpha et se produit quand les électrons de l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) d'hydrogène passent du second niveau d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) au niveau fondamental. C'est de la lumière ultraviolette. Du fait de l'expansion de l'Univers, la longueur d'onde de la lumière des objets est étirée au cours de son voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est considérablement développé et démocratisé, au cours du XXe siècle...) spatial. Plus le trajet de la lumière est long, plus sa longueur d'onde est étirée. Le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) étant la plus grande longueur d'onde visible pour nos yeux, ce processus est littéralement un décalage des longueurs d'onde vers l'extrémité rouge du spectre - d'où le nom de " redshift " en anglais pour décalage vers le rouge (Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du...). Le quasar HE 0109-3518 est situé à un redshift de z = 2,4 et la lumière ultraviolette des galaxies noires est décalée dans le domaine visible du spectre. Un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) a bande étroite a été spécialement fabriqué pour isoler la longueur d'onde spécifique de le lumière de l'émission fluorescente décalée vers le rouge. Le filtre était centré à environ 414,5 nanomètres afin de capturer l'émission Lyman Alpha décalée vers le rouge à un redshift z = 2,4 (ce qui correspond à une nuance de violet) et avait une bande passante (D'une façon générale, la bande passante est l'ensemble des fréquences pour lesquelles la réponse d'un appareil est supérieure à un minimum.) de seulement 4 nanomètres.

(4) L'efficacité de la formation stellaire est le rapport de la masse des étoiles nouvellement formées sur la masse de gaz disponible pour former des étoiles. Ils ont trouvé qu'il faudrait plus de 100 milliards d'années à ces objets pour transformer leur gaz en étoiles. Ce résultat est en accord avec de récentes études théoriques qui suggèrent que les halos de faible masse riche en gaz situé à grand redshift doivent avoir une très faible efficacité de formation stellaire du fait d'un contenu en métaux plus faible.


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Source: ESO