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Posté par Adrien le Vendredi 18/05/2018 à 00:00
Des preuves de la formation d'étoiles 250 millions d'années seulement après le Big Bang
Des observations effectuées au moyen d'ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO ont permis à des astronomes de dater le début de la formation d'étoiles au sein de la très lointaine galaxie MACS1149-JD1 à une époque bien plus reculée que ce que l'on supposait - 250 millions d'années seulement après le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la...). Cette découverte s'accompagne de la détection la plus distante d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) et de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) la plus lointaine observée 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....) par ALMA ou le VLT. Ces résultats feront l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il...) d'une publication au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et...) de l'édition du 17 mai 2018 de la revue Nature.


Une équipe internationale d'astronomes a observé, au moyen du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) ALMA, une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son...) lointaine baptisée MACS1149-JD1. En son sein, ils ont détecté une très faible lueur émise par de l'oxygène ionisé. Lorsque cette 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...) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle...) a traversé l'espace séparant la galaxie source de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande...), sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme...) 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...) initiale s'est étendue d'un facteur dix sous l'effet de l'expansion de l'Univers. L'équipe en a déduit que le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...) avait été émis quelque 13,3 milliards d'années auparavant - soit 500 millions d'années après le Big Bang, par l'oxygène le plus distant détecté à ce jour par un 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...) (1). En outre, la présence d'oxygène atteste de l'existence de générations stellaires antérieures dans cette galaxie.

"J'ai été ravi d'observer la raie de l'oxygène lointain au sein 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...) d'ALMA", précise Takuya Hashimoto, auteur principal du nouvel article et 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...) à 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). Aux...) Sangyo d'Osaka ainsi qu'à l'Observatoire Astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement dotés d'instruments scientifiques; d'abord mécaniques...) National du Japon. "Cette détection repousse les limites de l'Univers observable (L'univers observable est un terme utilisé en cosmologie pour décrire la partie visible de notre Univers. Par définition même, la limite de cette...)."

Outre la lueur émise par l'oxygène et capturée par ALMA, une faible raie en émission de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) a été détectée par le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO. L'une et l'autre 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 plaisir...) ont conduit à une même détermination de la distance séparant la Terre de la galaxie en question. MACS1149-JD1 constitue ainsi la galaxie la plus lointaine dont la distance est connue avec précision et la galaxie la plus lointaine observée à ce jour au moyen d'ALMA ou du VLT.

"Cette galaxie nous apparaît telle qu'elle était lorsque l'Univers était âgé de 500 millions d'années seulement. A cette époque reculée, elle abritait déjà une population d'étoiles d'âge avancé", détaille Nicolas Laporte, chercheur à l'University College de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la ville est aujourd'hui devenue un centre culturel,...) (UCL) au Royaume-Uni et second auteur du nouvel article. "Nous sommes donc en mesure d'utiliser cette galaxie pour sonder une période totalement inexplorée et encore plus jeune de l'histoire cosmique."

Peu après le Big Bang, l'Univers demeurait totalement dépourvu d'oxygène. La création de cet élément résulte de la survenue de processus de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules...) au sein des premières étoiles avant qu'il ne soit dispersé par des explosions d'étoiles massives. La détection d'oxygène au sein de MACS1149-JD1 suggère donc que les générations stellaires antérieures s'étaient déjà formées et avaient déjà libéré l'oxygène 500 millions d'années après la naissance de l'Univers.

S'ensuit la question de la datation de cette première génération d'étoiles. Afin de répondre à cette problématique, l'équipe a entrepris de reconstituer l'histoire antérieure de MACS1149-JD1 au moyen de données acquises par le Télescope Spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il...) du consortium NASA/ESA et par le Télescope Spatial Spitzer (Le télescope spatial Spitzer est le plus gros télescope infrarouge lancé par la NASA. Ces longueurs d'ondes ne pouvant être observées utilement depuis le sol, seul un objet à l'extérieur de...) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation...). Ces données ont ensuite été insérées dans un modèle numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite...) fixant le début de la formation des étoiles à quelque 250 millions d'années après le Big Bang. La luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) observée de la galaxie s'en est ainsi trouvée expliquée.

L'âge avancé des étoiles observées au sein de MACS1149-JD1 pose la question suivante: à quelle époque les galaxies ont-elles émergé de l'obscurité totale ? En d'autres termes, de quelle époque dater la fameuse "aube cosmique" ? L'établissement de l'âge de MACS1149-JD1 a permis à l'équipe de démontrer que les galaxies existaient antérieurement à celles que nous détectons actuellement au moyen de la méthode directe.

Richard Ellis, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) émérite à l'UCL et co-auteur de l'article, conclut ainsi: "La datation de l'aube cosmique constitue le Graal de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) et de la formation galactique. Grâce à ces nouvelles observations de MACS1149-JD1, nous nous approchons de l'époque à laquelle remonte la toute première lumière (L'expression première lumière désigne le moment où un télescope astronomique nouvellement installé reçoit et...) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90...) ! Et parce que nous sommes tous constitués de poussière d'étoiles, cela équivaut à découvrir nos propres origines."

Notes

(1) ALMA a, à plusieurs reprises, établi le record de détection de l'oxygène le plus lointain. En 2016, Akio Inoue de l'Université Sangyo d'Osaka et ses collègues ont détecté, au moyen d'ALMA, une raie de l'oxygène émise 13,1 milliards d'années auparavant. Quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) plus tard, Nicolas Laporte de l'University College de Londres a utilisé ALMA pour capturer un signal de l'oxygène datant de 13,2 milliards d'années. Aujourd'hui, l'une et l'autre équipes ont réuni leurs efforts et établi un nouveau record correspondant à un "redshift" de 9,1.


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Source: ESO