Des galaxies étonnamment matures dans le jeune Univers

Publié par Adrien le 28/10/2020 à 09:00
Source: CNRS
Alors que l'Univers n'avait qu'un dixième de son âge actuel, ses galaxies ont connu une poussée de croissance. C'est sur cette période que se sont penchés les scientifiques du projet Alpine, en réalisant le premier grand relevé de galaxies lointaines à l'aide du 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...) Alma de l'ESO. Avec une surprise à la clé: ces galaxies observées au début de leur vie (La vie est le nom donné :) sont bien plus évoluées qu'attendu. Ces travaux font 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...) d'une série d'articles dans la revue Astronomy & Astrophysics le 27 octobre 2020, signés notamment par des membres 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 d'Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...).


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) d'une 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.) distante, riche en poussières et en rotation. (Version animée disponible sur: vimeo.com/467391159/ef7ec0f163).La 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) donnée(s).) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) représente le 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...), le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une teinte plus...) et le brun la poussière telle qu'observée en ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) radio avec Alma. De nombreuses autres galaxies sont visibles en arrière-plan, d'après les 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.) optiques du VLT et de Subaru (Subaru est un constructeur automobile japonais, né en 1956, et faisant partir du groupe Fuji Heavy Industries).
© B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru

Les galaxies ont commencé à se former très tôt dans l'histoire de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Pour étudier leur enfance, il faut donc remonter à l'aube du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), autrement dit observer des galaxies très lointaines. Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) Alpine s'est penché sur la période entre 1 et 1,5 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 quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999)...) d'années 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...), quand les premières galaxies ont connu une poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) de croissance. Si des galaxies aussi lointaines avaient déjà été observées, c'est la première fois qu'un si grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) est étudié de manière systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre,...). Des images de 118 galaxies massives, obtenues avec les télescopes spatiaux 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 est nommé en...) (en 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 liée à la...) visible) et Spitzer (dans le proche infrarouge), ainsi que des spectres acquis avec les télescopes terrestres VLT et Keck ont été complétés par 70 heures (L'heure est une unité de mesure  :) d'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 appropriés. Le...) avec Alma, dans le domaine des ondes submillimétriques (entre l'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 des micro-ondes.) et les ondes radio).

Ce dernier instrument permet en effet de quantifier la poussière, signe de maturité pour les galaxies, et le gaz froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), qui informe sur leur vitesse (On distingue :) de croissance et le nombre d'étoiles qu'elles peuvent former, ainsi que le mouvement de ce gaz, autrement dit la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des galaxies. Et c'est de là que sont venues les surprises. Pour commencer, les galaxies observées se sont révélées très riches en gaz froid, carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.) de la formation d'étoiles... mais aussi en poussières, pourtant considérées comme des sous-produits des étoiles en fin de vie. Malgré leur jeune âge, ces galaxies auraient donc déjà formé et vu mourir une première génération d'étoiles ! Les galaxies étudiées présentent aussi des formes étonnamment variées: certaines sont désordonnées, d'autres ont déjà un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) en rotation qui conduira peut-être à une structure en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle...) comme dans la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le Système solaire (dont la...), d'autres enfin ont été surprises en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des marchandises), et peut...) de fusionner. Autre élément surprenant: il semblerait que certaines galaxies éjectent du gaz, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) 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 Erythrotriorchis,...) d'elles de mystérieux halos. Ce relevé soulève donc un certain nombre de nouvelles questions sur l'évolution précoce des galaxies.


Mosaïque montrant une partie des galaxies observées avec Alma. Les régions en jaune intense sont celles qui forment le plus d'étoiles (c'est la raie (Raie [ʀɛ] est un nom vernaculaire ambigu qui correspond en français à de nombreuses espèces de poissons regroupées dans...) du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) ionisé, C+, qui permet de tracer la formation d'étoiles enfouies dans la poussière). La deuxième source en haut à gauche est une triple 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...).
© Michele Ginolfi / collaboration Alpine

Bibliographie:
Ces résultats font l'objet de 8 articles dans Astronomy & Astrophysics le 27 octobre 2020. Ils sont dédiés à la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) d'Olivier Le Fèvre, responsable du projet Alpine 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...) au Laboratoire d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la...) de Marseille, décédé en juin 2020.
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