ALMA perce les secrets d'un Globule spatial géant

Publié par Adrien le 22/09/2016 à 00:00
Source: ESO
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L'utilisation combinée d'ALMA, du Très Grand Télescope de l'ESO et de divers autres instruments, a permis à une équipe internationale de découvrir la véritable nature d'un singulier objet de l'Univers lointain baptisé Globule Lyman-alpha. L'extrême brillance de ces vastes nuages de gaz demeura longtemps incompréhensible aux astronomes - jusqu'à ce qu'ALMA détecte la présence de deux galaxies au coeur même de l'un de ces objets, dont le rythme effréné de formation d'étoiles illumine l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) proche. Ces galaxies étendues occupent le centre d'un essaim galactique susceptible de se constituer, à l'avenir, en un vaste amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la...). Les deux sources détectées par ALMA donneront prochainement lieu à une seule et unique galaxie elliptique géante.


Les Globules Lyman-alpha (LABs) sont de gigantesques nuages de gaz d'hydrogène qui peuvent s'étendre sur des centaines de milliers d'années-lumière et qui se situent à de très grandes distances cosmiques. Les LABs tirent leur appellation de ce rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) caractéristique qu'ils émettent dans l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur...), la raie Lyman-alpha (1). Des années après leur découverte, les processus à l'origine de ces LABs demeuraient énigmatiques. De nouvelles observations effectuées par ALMA viennent enfin de percer ce mystère.

L'un des Globules Lyman-alpha les plus étendus connus à ce jour, celui ayant fait l'objet d'un plus grand nombre d'études également, a été baptisé SSA22-Lyman-alpha blob 1, ou LAB-1. Niché au coeur d'un vaste amas de galaxies aux premiers stades de sa formation, il fut le tout premier objet de ce type à être découvert - c'était en l'an 2000. Il se situe à si grande distance de la Terre que sa lumière a mis quelque 11,5 milliards d'années à nous parvenir.

Une équipe d'astronomes pilotée par Jim Geach du Centre de Recherche Astrophysique de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Hertfordshire au Royaume-Uni, a utilisé le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA), connu pour sa capacité inégalée à observer la lumière en provenance des nuages de poussière froids des lointaines galaxies, pour sonder les profondeurs de LAB-1. Ce qui leur a permis de repérer et de résoudre diverses sources d'émission submillimétrique (2).

Puis ils ont combiné les images d'ALMA avec des données d'observation de l'instrument MUSE (Explorateur Spectroscopique Multi-Unités) installé sur le Très Grand Télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) (VLT) de l'ESO. La cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) de l'émission Lyman-alpha déduite des données de MUSE a permis de localiser les sources ALMA au coeur même du Globule Lyman-alpha, soit à l'endroit précis où naissent les étoiles, à un rythme quelque 100 fois supérieur à celui qui caractérise la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...).

Une imagerie plus profonde acquise par le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA et la méthode de spectroscopie employée à l'Observatoire W.M. Keck (3) ont par ailleurs révélé la présence, dans l'environnement immédiat des sources ALMA, de nombreuses galaxies compagnons faiblement lumineuses susceptibles de bombarder les sources ALMA centrales, et donc d'accentuer leur rythme de formation stellaire.

L'équipe a ensuite utilisé un outil sophistiqué de simulation de la formation galactique, et démontré que l'émission Lyman-alpha du vaste nuage lumineux pouvait résulter de la dissémination du gaz d'hydrogène environnant par le rayonnement ultraviolet généré par la formation d'étoiles au sein des sources ALMA. Ce qui donnerait lieu au Globule Lyman-alpha observé.

Jim Geach, l'auteur principal de cette nouvelle étude, précise: "Imaginez un lampadaire par nuit de brouillard - la lueur diffuse que vous apercevez résulte de la dispersion des minuscules gouttelettes d'eau par la lumière. Substituez au lampadaire une galaxie dotée d'un taux élevé de formation stellaire et au brouillard un vaste nuage de gaz intergalactique. Vous obtenez un semblable résultat: les galaxies illuminent leur proche environnement."

Comprendre les processus de formation et d'évolution des galaxies constitue un immense défi. Parce qu'ils sont vraisemblablement des sites de formation des galaxies les plus massives de l'Univers, les Globules Lyman-alpha suscitent un vif intérêt auprès des astronomes. L'émission Lyman-alpha étendue renseigne notamment sur les processus à l'oeuvre au sein des nuages de gaz primordiaux qui encerclent les jeunes galaxies - une région particulièrement difficile à étudier, qu'il s'avère pourtant essentiel de mieux cerner.

Jim Geach conclut ainsi: "Obtenir, grâce à ces globules, un rare aperçu des processus à l'oeuvre dans le proche environnement de ces jeunes galaxies en pleine croissance est particulièrement excitant. Longtemps, l'origine de l'émission Lyman-alpha étendue est demeurée controversée. Mais la combinaison de nouvelles observations et de simulations de pointe nous a certainement permis de résoudre un mystère vieux de 15 ans: le Globule Lyman-alpha 1 constitue le site de formation d'une galaxie elliptique massive qui, un jour, occupera le centre d'un amas géant. Nous voyons là un instantané de l'assemblage de cette galaxie voici 11,5 milliards d'années."

Notes

(1) Les électrons de charge négative qui orbitent autour du noyau de charge positive d'un atome occupent des niveaux d'énergie quantifiés. En d'autres termes, ils ne peuvent exister que dans certains états d'énergie spécifiques, qu'ils quittent ou auxquels ils accèdent en libérant ou en absorbant des quantités d'énergie bien précises. La raie Lyman-alpha est émise lorsque les électrons des atomes d'hydrogène passent du second état de plus basse énergie à l'état fondamental. Cette énergie est libérée sous la forme d'un rayonnement de longueur d'onde donnée, dans la zone ultraviolette du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...), que les télescopes spatiaux ou terrestres dans le cas des objets " redshiftés ", peuvent détecter. Dans le cas de LAB-1, dont le " redshift " (décalage du spectre vers le rouge) z est proche de 3, la raie Lyman-alpha nous apparaît dans le domaine visible.

(2) La résolution est la capacité de différencier des objets distincts. A basse résolution, plusieurs sources brillantes et distantes arborent l'aspect d'un unique point lumineux - les sources ne peuvent être distinguées les unes des autres qu'à faible distance. La résolution élevée d'ALMA a permis de substituer au globule initial trois sources distinctes.

(3) Le spectrographe imageur (STIS) du Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA et le spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) multi-objet infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) (MOSFIRE) qui équipe le télescope Keck 1 à Hawaï ont été utilisés dans le cadre de cette étude.
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