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L'un des principaux thèmes de l'astrophysique actuelle est l'étude des propriétés des galaxies dans le premier milliard d'années après le Big Bang. Le JWST fait d'énormes progrès dans cette direction. Cependant, les composants du gaz neutre, qui est un ingrédient essentiel des galaxies à grand redshift et du milieu circumgalactique, et qui contient la majorité des métaux, restent insaisissables. Le moyen le plus efficace de définir les caractéristiques de ce gaz est d'utiliser les raies d'absorption détectées dans le spectre d'une source lumineuse de fond, telle que la rémanence d'un sursaut gamma de longue durée (LGRB).
Zoom sur l'image HST profonde obtenue 250 jours après le déclenchement du GRB. La croix violette indique la position de la rémanence du GRB, qui coïncide avec un objet qui est la galaxie hôte du GRB. Les lettres grecques désignent les quatre objets proches de la position de la rémanence qui peuvent faire partie de la galaxie hôte du GRB ou de galaxies proches ou en interaction.
© Adapté de la Fig. 2 dans Saccardi et al. 2023
Dans cet article, une équipe scientifique qui implique des laboratoires du CNRS-INSU (voir encadré), a observé avec le spectrographe X-shooter de l'ESO/VLT l'un des GRBs les plus lointains jamais découverts: GRB210905A à un redshift z=6,3. Une analyse détaillée du spectre d'absorption optique/NIR de la rémanence a été effectuée.
L'équipe a détecté de l'hydrogène neutre ainsi que d'autres éléments légers/lourds tels que le carbone, l'oxygène, le magnésium, l'aluminium, le silicium et le fer. L'équipe a ainsi pu déterminer la métallicité, l'appauvrissement en poussières, la cinématique et l'abondance chimique de la galaxie hôte du GRB, en trouvant des indications de nucléosynthèse due à des étoiles massives. L'équipe a eu la chance exceptionnelle de sonder le gaz neutre d'une galaxie à fort redshift, alors que l'Univers n'avait que 0,9 Gyr.
Sélection de quelques raies d'absorption (carbone, silicium et fer) du gaz neutre de la galaxie hôte du GRB détectées dans le spectre de rémanence optique et NIR du VLT/X-shooter obtenu 2,53 heures après le déclenchement du GRB. Les données sont en bleu, l'ajustement est en cyan, le spectre d'erreur est en orange, et les lignes verticales vertes en pointillés indiquent le centre des composantes.
© Adapté de la Fig.1 dans Saccardi et al. 2023
Les résultats montrent le puissant potentiel des GRBs pour accéder à des informations détaillées sur les propriétés des galaxies à grand décalage horaire, indépendamment de la luminosité de la galaxie. Des observations photométriques et spectroscopiques profondes avec ESO/VLT/MUSE, HST et JWST offriront la possibilité unique de combiner les propriétés du gaz neutre avec celles du gaz ionisé d'une galaxie z>6.
À l'avenir, ce type d'études sera également réalisé avec les GRBs qui seront détectés par la mission sino-française SVOM prévue pour fin 2023.
Pour en savoir plus
A. Saccardi & Al, Dissecting the interstellar medium of a z = 6.3 galaxy, A&A, vol 671, March 2023.Populaires