Le plus beau cliché d'une fusion de galaxies dans l'Univers lointain
Publié par Isabelle le 27/08/2014 à 17:00
Source: ESO
En utilisant le Vaste Réseau d'Antennes (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA) ainsi que de nombreux autres télescopes au sol et dans l'espace, une équipe internationale d'astronomes est parvenue à obtenir le meilleur cliché à ce jour d'une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) s'étant produite entre deux galaxies, alors que l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) était deux fois plus jeune qu'aujourd'hui. Afin d'en saisir le moindre détail, ils ont utilisé l'effet de lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.) généré par 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...). Ces nouvelles études de la 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 centre.) H-ATLAS J142935.3-002836 ont montré que cet 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...) complexe et lointain à la fois possédait des caractéristiques semblables à celles d'une célèbre collision entre galaxies locales, les Galaxies des Antennes.


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Le célèbre détective de fiction Sherlock Holmes utilisait une loupe (Une loupe est un instrument d'optique subjectif constitué d'une lentille convexe permettant d'obtenir d'un objet une image agrandie. La loupe est la forme la plus simple du...) pour collecter des preuves essentielles, à peine visibles à l'oeil nu. De la même façon, les astronomes combinent aujourd'hui les potentialités de nombreux télescopes au sol et dans l'espace (1) à une lentille cosmique aux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) bien plus étendues pour étudier l'épisode d'intense formation stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces...) s'étant produit dans l'Univers jeune.

"Bien souvent, le travail des astronomes se trouve limité par la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de leurs télescopes. Dans certains cas toutefois, il nous est possible d'utiliser les lentilles naturelles créées par l'Univers. Ce qui nous permet d'entrevoir des détails demeurés invisibles",  explique Hugo Messias de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de la Conception (Chili) et du Centre d'Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la mécanique...) et d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des...) de l'Université de Lisbonne (Portugal), auteur principal de cette nouvelle étude. "Dans sa théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique qu'expérimental.) générale, Einstein avait prévu qu'au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la...) d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) suffisante, la 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...) ne se propageait pas en droite ligne mais décrivait une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par...) similaire à celle de la lumière réfractée par une lentille classique."

Ces effets de lentille gravitationnelle sont générés par des structures massives telles que des galaxies et des amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de...), dont l'intense champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) dévie la lumière en provenance d'objets situés en arrière-plan. La magnification qui en résulte permet aux astronomes d'étudier des objets qui, en d'autres circonstances, seraient demeurés totalement invisibles, et de comparer les galaxies locales à des galaxies bien plus distantes, contemporaines d'un Univers beaucoup plus jeune.

Toutefois, pour que cet effet de lentille gravitationnelle se produise, il est nécessaire que la galaxie loupe se situe précisément sur la ligne de visée de la galaxie d'arrière-plan.

"Ces alignements fortuits sont extrêmement rares et, lorsqu'ils se produisent, ils sont particulièrement difficiles à identifier", ajoute Hugo Messias. "Toutefois, de récentes études ont montré que le fait d'observer dans 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.) lointain et à des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) millimétriques augmente les chances de détecter de tels alignements".

H-ATLAS J142935.3-002836 (ou, pour écourter, H1429-0028) constitue l'une de ces sources distantes. Elle fut découverte au sein du catalogue H-ATLAS constitué à partir du vaste sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique d'analyse d'une population humaine ou non humaine à partir d'un...) astrophysique mené par le satellite (Satellite peut faire référence à :) Herschel dans la bande de fréquence (Une bande de fréquence définit une plage de fréquences qui ont des propriétés similaires :) des térahertz. Sur des clichés acquis dans le domaine visible, cette source semble fort peu lumineuse ; dans le domaine de l'infrarouge lointain toutefois, elle figure parmi les objets gravitationnellement amplifiés les plus brillants, bien que nous l'observions à cette époque à laquelle l'Univers était deux fois plus jeune qu'aujourd'hui.

La recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) de cet objet était à la limite de nos capacités techniques. Raison pour laquelle l'équipe internationale d'astronomes entama une vaste campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de...) de suivi au moyen des télescopes au sol et dans l'espace les plus puissants dont nous disposons à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) actuelle et parmi lesquels figurent: 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...) du consortium NASA/ESA, ALMA, l'Observatoire Keck, le Très Vaste 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...) Karl Jansky (JVLA) et bien d'autres. La combinaison (Une combinaison peut être :) des 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...) effectuées au moyen de ces divers télescopes a permis d'acquérir le meilleur cliché 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. Son début (par...) de cet objet pour le moins inhabituel.

Les images acquises par le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant...) 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...) et l'observatoire Keck ont révélé l'existence, 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...) de la galaxie d'avant-plan, d'un anneau de lumière généré par un effet de lentille gravitationnelle. Ces images dotées d'une résolution élevée ont également montré que la galaxie lentille est une galaxie en forme de 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.) vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) par la tranche - semblable à notre galaxie, la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une...). En outre, les vastes nuages de poussière qu'elle renferme absorbent en partie la lumière d'arrière-plan.

Toutefois, cet obscurcissement ne pose aucun problème à ALMA ni a JVLA. Ces deus réseaux observent en effet le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) à de plus grandes longueurs d'onde, là où la poussière paraît transparente. Utilisant cette combinaison de 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.), l'équipe a découvert le système situé en arrière-plan: une collision en cours entre deux galaxies. Dès lors, les contributions d'ALMA et du JVLA s'avérèrent indispensables à la caractérisation plus avant de cet objet.

ALMA a notamment cartographié la distribution de monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la...), ce qui a permis d'étudier en détail les processus de formation d'étoiles à l'oeuvre au sein des galaxies. Les observations d'ALMA ont également conduit à la détermination des mouvements de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) dans l'objet le plus distant. Cette mesure a apporté la preuve que l'objet ayant subi l'effet de lentille gravitationnelle s'apparente bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans dimension en...) et bien à une collision galactique au cours de laquelle des centaines de nouvelles étoiles sont créées à un rythme annuel, et que l'une des deux galaxies affiche encore quelques signes de rotation, ce qui atteste de l'existence d'un disque avant cette collision.

Ce système formé de deux galaxies en cours de collision fait penser à un objet bien plus proche de nous: les Galaxies des Antennes. Il s'agit là aussi d'une collision spectaculaire entre deux galaxies, vraisemblablement dotées d'une structure en forme de disque dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le présent....). Le système des Antennes transforme chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) quelques dizaines de masses solaires de 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 propre ni de volume propre : un gaz tend...) en nouvelles étoiles ; H1429-0028, plus de quatre cents masses solaires de gaz par an en revanche.

Rob Ivison, Directeur du Département Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large....) de l'ESO et co-auteur de la nouvelle étude, conclut ainsi: "En nous renseignant sur la vitesse (On distingue :) du gaz dans les galaxies, ALMA nous a permis de résoudre l'énigme qui se posait à nous: nous avons été en mesure d'identifier chacun des protagonistes ainsi que le 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 toutes identiques, la fusion s'effectue à...) dans lequel ils sont impliqués. Cette belle étude nous offre la possibilité d'observer, en direct, l'effet déclencheur (En programmation procédurale, un déclencheur (trigger en anglais) est un dispositif logiciel qui provoque un traitement particulier en fonction d'événements prédéfinis. Par...) d'une fusion de galaxies sur un baby-boom stellaire".

Notes

(1) Parmi les nombreux instruments utilisés pour résoudre cette énigme figuraient rien moins que trois télescopes de l'ESO: ALMA, APEX et VISTA. Les autres télescopes et catalogues sollicités furent: le Télescope Spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son...) Huble du consortium NASA/ESA, le Télescope Gemini South, le télescope Keck-II, 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 l'atmosphère,...) de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme...), le Très Vaste Réseau Jansky, CARMA, IRAM et SDSS et WISE.
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