De grands échos galactiques en provenance du passé

Une nouvelle catégorie de galaxies a été identifiée en utilisant des observations du Très Grand Télescope, le VLT, de l'ESO, du télescope Gemini Sud et du Télescope Canada-France-Hawaï (CFHT). Surnommées "les galaxies Haricot vert" du fait de leur apparence peu commune, ces galaxies brillent dans la lumière intense émise depuis les environs de monstrueux trous noirs et sont parmi les objets les plus rares de l'Univers.


De nombreuses galaxies ont en leur centre un trou noir géant qui fait briller le gaz qui l'entoure. Toutefois, dans le cas des galaxies Haricot vert, la galaxie dans son ensemble brille et pas seulement le centre. Ces nouvelles observations révèlent les régions lumineuses les plus vastes et les plus brillantes jamais découvertes, que l'on suppose alimentées par des trous noirs centraux qui ont été très actifs par le passé, mais qui sont aujourd'hui éteints.

L'astronome Mischa Schirmer de l'Observatoire Gemini a regardé de nombreuses images de l'Univers lointain à la recherche d'amas de galaxies, mais lorsqu'il est tombé sur un objet d'une image du télescope Canada-France-Hawaï, il a été stupéfait - cet objet ressemblait à une galaxie, mais il brillait d'une lumière verte. Il était différent de toutes les galaxies qu'il avait vues auparavant, quelque chose de complètement inattendu. Il a aussitôt demandé à utiliser le VLT de l'ESO pour découvrir l'origine de cette lueur verte inhabituelle (1).

"L'ESO m'a accordé spécialement du temps d'observation dans un délai très court et, à peine quelques jours après que j'aie soumis ma demande, cet objet bizarre a été observé avec le VLT," explique Mischa Schirmer. "Dix minutes après que les données aient été collectées au Chili, je les recevais sur mon ordinateur en Allemagne. J'ai très vite recentré totalement mes recherches, car il apparaissait clairement que j'étais tombé sur quelque chose de vraiment nouveau."

Le nouvel objet a été enregistré en tant que J224024.1?092748 ou J2240. Il se situe dans la constellation du Verseau et il a fallu 3,7 milliards d'années à sa lumière pour atteindre la Terre.

Après cette découvert, l'équipe de Mischa Schirmer a cherché dans une liste de près d'un milliard d'autres galaxies (2) et en a trouvé 16 avec des propriétés similaires qui ont été confirmées par des observations avec le télescope Gemini sud. Ces galaxies sont si rares que l'on en trouve en moyenne une seule dans un cube d'environ 1,3 milliard d'années-lumière de côté. Cette nouvelle classe de galaxies a été surnommée les galaxies Haricot vert du fait de leur couleur et, car elles sont en apparence semblables, mais en plus grand, aux galaxies Pois vert (3).

Dans de nombreuses galaxies, la matière autour d'un trou noir central supermassif émet un rayonnement intense et ionise le gaz environnant qui de ce fait brille fortement. Ces régions brillantes dans les galaxies actives communes sont généralement petites, allant jusqu'à 10% du diamètre de la galaxie. Toutefois, les observations de cette équipe montrent que dans le cas de J2240, et des autres galaxies Haricot vert détectées depuis, elles sont vraiment gigantesques, s'étendant sur l'ensemble de l'objet. J2240 présente une des plus grandes et des plus brillantes régions de ce type jamais découvertes. L'oxygène ionisé brille d'un vert lumineux, qui explique l'étrange couleur qui à initialement attiré l'attention de Mischa Schirmer.

"Ces régions lumineuses sont des indicateurs formidables pour essayer de comprendre la physique des galaxies - C'est comme enfoncer un thermomètre médical dans une galaxie très très lointaine," explique Mischa Schirmer. "Généralement, ces régions ne sont ni très grandes ni très brillantes et ne peuvent être bien observées que dans les galaxies proches. Cependant, ces galaxies récemment découvertes sont si grandes et si brillantes que l'on peut les observer de manière très détaillée malgré leurs grandes distances."

L'équipe a ensuite effectué une analyse approfondie des données qui a rapidement révélé un autre puzzle. J2240 semble avoir un trou noir bien moins actif en son centre que ne le laissaient penser la taille et la luminosité de la région brillante. L'équipe pense que les régions brillantes doivent être un écho provenant du trou noir central lorsque par le passé il était bien plus actif, et qu'elles vont s'estomper progressivement quand le rayonnement résiduel les aura traversées et sera parti dans l'espace (4).

Ces galaxies indiquent la présence d'un centre galactique qui s'affaiblit, marquant une phase très brève dans la vie d'une galaxie. Dans l'univers primordial les galaxies étaient bien plus actives, avec en leur centre un trou noir en pleine croissance engloutissant les étoiles et le gaz environnants, et d'une brillance éclatante, produisant facilement jusqu'à 100 fois plus de lumière que l'ensemble des étoiles de la galaxie réunies. Les échos de lumière comme celui observé dans J2240 permettent aux astronomes d'étudier les processus d'extinction de ces objets actifs afin de mieux comprendre comment, quand et pourquoi ils s'arrêtent - et pourquoi nous ne voyons que si peu d'entre eux dans les jeunes galaxies. C'est d'ailleurs le prochain objectif de cette équipe en poursuivant leur recherche avec des observations dans le domaine des rayons X et en spectroscopie.

"Découvrir quelque chose de vraiment nouveau est un rêve d'astronome qui se réalise, un événement unique dans une vie," conclut Mischa Schirmer. "C'est vraiment passionnant !"


Notes:

(1) Les astronomes ont étudié cet objet avec le puissant spectrographe X-shooter du VLT. En décomposant la lumière dans ses différentes couleurs, ils ont pu trouver la composition de la matière brillante et expliquer pourquoi elle brillait de manière si éclatante.

(2) Cette recherche a été effectuée en utilisant la base de données en ligne du Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

(3) Les galaxies Pois vert sont de petites galaxies lumineuses produisant une forte formation d'étoiles. Elles ont été détectées pour la première fois en 2007 dans le cadre du projet d'astronomie participative à grande échelle Galaxie Zoo. Contrairement aux galaxies Haricot vert, ces galaxies sont très petites - notre galaxie, la Voie Lactée contient une masse équivalente à celle d'environ 200 galaxies Pois vert moyennes. La similarité entre les galaxies Pois vert et les galaxies Haricot vert se limite à leur apparence, car dans la plupart des cas elles ne sont pas étroitement liées.

(4) Dans de nombreuses galaxies actives il n'est pas possible de voir le trou noir central, car il est caché derrière une grande quantité de poussière, ce qui rend la mesure de l'activité de ces trous noirs difficile. Afin de vérifier si les galaxies Haricot vert sont vraiment différentes des autres galaxies aux centres cachés, les astronomes ont regardé ces galaxies à des longueurs d'onde infrarouge bien plus grandes qui peuvent facilement pénétrer les nuages de poussière, même s'ils sont très épais. Les régions centrales de J2240, et des autres galaxies Haricot vert se révèlent être beaucoup plus faibles que ce que l'on attendait. Cela signifie que le noyau actif est maintenant vraiment beaucoup plus faible que ne le suggère la luminosité des régions brillantes.