De la poussière dans une galaxie à peine formée peu après le Big Bang

Publié par Adrien le 02/03/2015 à 14:25
Source: CNRS-INSU
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L'une des galaxies les plus distantes jamais observées a offert aux astronomes l'opportunité de détecter la présence de poussière au sein d'un lointain système stellaire en formation et de confirmer l'évolution rapide des galaxies nées peu après le Big Bang. La faible lueur émise par la poussière froide a été captée par ALMA ; la distance de la galaxie A1689-zD1 a été mesurée au moyen du Très Grand Télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) de l'ESO. Ces travaux auxquels a participé un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) de Lyon (CRAL - CNRS/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le...) Lyon1/ENS Lyon), paraissent dans la revue Nature du 2 mars 2015.

Les galaxies les plus distantes de notre Univers sont observées à une époque où celui-ci était très jeune. Leur étude permet alors de comprendre les mécanismes de formation des galaxies. Située à 13 milliards d'années-lumière, la galaxie A1689-zD1 qui a été observée est extrêmement distante et typique des premières galaxies formées dans l'histoire de l'Univers. Une observation faîte à la fois dans l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur...) et l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) lointain a permis de mettre en évidence que ce système est "déjà" très évolué. En effet, la proportion de poussière qu'il renferme est semblable à celle d'une galaxie mature telle que la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...).


Vue générale prise par le télescope Hubble, dans le visible et le proche infrarouge, de la galaxie distante poussiéreuse A1689-zD1. Cette galaxie, ici marquée d'un carré blanc, apparaît très faible et rouge de par sa distance, en comparaison des autres galaxies situées en avant plan. Crédits: ESO/J. Richard


Zoom sur la galaxie A1689-zD1, montrant une couleur rouge dans les images obtenues par le télescope spatial Hubble. Les contours en jaune montrent la détection de l'émission infrarouge de cette galaxie par ALMA. Crédits: Nature/D.Watson & K.Knudsen

À son âge, cette galaxie aurait dû présenter un déficit en éléments chimiques lourds, qui sont en astronomie tous les éléments plus lourds que l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et l'hélium, tels que les métaux. Ces métaux sont produits au coeur des étoiles, puis dispersés dans l'espace lorsque celles-ci explosent en fin de vie par exemple. Répété sur de nombreuses générations d'étoiles, ce processus conduit à l'enrichissement significatif de l'univers en éléments plus lourds tels que le carbone, l'oxygène et l'azote.

L'équipe d'astronomes a utilisé la combinaison de plusieurs instruments au sol et dans l'espace. Tout d'abord, la galaxie A1689-zD1 a été découverte par le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le...) Hubble, et ses couleurs indiquaient déjà sa très grande distance. Celle-ci a été confirmée par la suite à 13 milliards d'années-lumière en analysant le spectre de la galaxie obtenu au Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires...) (VLT), où la signature de l'hydrogène a pu être identifiée. Puis ALMA (Atacama Large Millimeter Array), un réseau d'antennes observant dans le domaine millimétrique, a permis d'obtenir les informations correspondant à l'émission infrarouge pour cette galaxie.

La quantité de lumière mesurée par ALMA dans cette gamme de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) indique que A1689-zD1 contient, déjà à cette époque, de très grandes quantités de poussières. Cette poussière absorbe une partie du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) produit par les étoiles formées pour le réémettre en infrarouge. Elle est composée de matière non primordiale (en particulier de carbone et d'oxygène) et son origine proviendrait d'un épisode intense de formation d'étoiles encore plus précoce, lorsque l'Univers n'était âgé que de 500 millions d'années.

La formation rapide de ces poussières a des implications très fortes sur celle des particules solides, elles-mêmes préliminaires à l'apparition d'étoiles enrichies en matière non primordiale et par la suite celle des planètes. Avant cette étude, les astronomes craignaient de ne pouvoir détecter de galaxies aussi lointaines de cette manière. Le cas de A1689-zD1 montre qu'il est possible d'en découvrir au moyen de brèves observations effectuées avec ALMA. De futures observations avec ALMA d'un plus grand nombre de galaxies permettront de mesurer avec quelle fréquence ces galaxies enrichies en poussière apparaissent, et ainsi de retracer le processus de formation des galaxies à des époques très lointaines.
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