Le réseau cosmique nourrit les galaxies primitives

Publié par Redbran le 29/10/2020 à 13:00
Source: Université de Genève
Les galaxies de l'univers primitif sont beaucoup plus matures qu'escompté par les astrophysicien-nes, une précocité issue de leurs interactions avec le cosmos.


Une galaxie de l'univers primitif observée par le télescope ALMA. Elle est considérée comme déjà mature, car elle contient de grandes quantités de poussière (jaune) et 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...) (rouge).
© B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ALPINE team.

Les premières galaxies se sont formées 200 millions d'années après la naissance de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Elles ont accumulé la majeure partie des étoiles, des poussières et des métaux qui les composent lors d'une période située entre 1 et 3 milliards 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 l’ensemble des...), une époque charnière pour comprendre la formation des galaxies. Les astronomes de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en Suisse. Fondée en 1559 par Jean Calvin, sous le nom d'Académie de...) (UNIGE) basés à l'Observatoire de Genève et le consortium international d'astronomes du 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 diversité...) ALPINE ont étudié 118 galaxies de cette époque grâce au télescope ALMA établi sur les hauts plateaux chiliens d'Atacama. À travers huit publications jointes, dont quatre ont été réalisées principalement à l'UNIGE, les astrophysiciens ont réussi à remonter le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de près de 13 milliards d'années pour déterminer la composition en gaz et poussière des galaxies. Leurs analyses, à lire dans le journal Astronomy & Astrophysic, démontrent que les galaxies primitives sont déjà matures, appuyant l'existence d'un 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...) cosmique capable de les alimenter en ressources.

Pour comprendre comment les galaxies se forment, y compris notre 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...), l'idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la divisibilité pour les entiers. Il est ainsi...) serait de pouvoir les suivre tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de leur vie (La vie est le nom donné :), chose impossible. "Heureusement, nous pouvons les observer à différentes époques. En regardant très loin dans l'espace, il est possible de remonter le temps et de les étudier telles qu'elles étaient 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...). La période se situant entre 1 et 3 milliards d'années après le Big Bang est particulièrement intéressante, car elle correspond au pic de croissance des galaxies", indique Daniel Schaerer, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) au Département d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et...) de l'UNIGE.

L'acquis galactique

Les grandes galaxies, telles que notre voie lactée, Andromède et d'autres, ont atteint leur taille et masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte)...) grâce à des fusions avec d'autres galaxies. De plus, pour assurer leur croissance passée, elles ont dû recevoir du gaz supplémentaire de l'extérieur. Ce gaz est vraisemblablement présent dans le milieu intergalactique et il est transporté vers les galaxies grâce aux filaments cosmiques. En d'autres termes, les astronomes pensent que "l'histoire des galaxies est gouvernée par ce que nous appelons le réseau cosmique, une sorte d'écosystème galactique", précise Daniel Schaerer. Malgré l'acceptation de ce modèle théorique par les scientifiques, la présence de gaz dans le milieu intergalactique et l'existence de filaments cosmiques n'ont jamais pu être prouvées par des mesures concrètes.

Le gaz est donc un composant clé pour la croissance des galaxies. Le télescope ALMA a été spécialement conçu pour permettre son 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 plaisir procuré...) grâce à un système captant 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...) de l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus...) lointain. "Il s'agit d'un interféromètre de 66 antennes de 7 à 12 m de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une...) chacune, placé à 5000 mètres d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.) sur un plateau chilien. Le grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'antennes permet de collecter le maximum de lumière", décrit l'astronome de l'Observatoire de Genève,Miroslava Dessauges-Zavadsky, en parlant de ce télescope unique au monde (Le mot monde peut désigner :).

Excès de gaz

À travers huit études, les astrophysiciens internationaux du consortium ALPINE se sont rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources...) compte que les galaxies primitives contenaient beaucoup plus de gaz qu'attendu, une indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) de leur développement précoce. "Certaines sont très grosses et quasiment toutes contiennent déjà des éléments lourds, tels que le 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.), dans le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est...). C'est une indication que ces éléments ont été formés par des générations d'étoiles qui existaient avant 1 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, car le carbone n'est pas généré lors du Big Bang", précise Daniel Schaerer.

Zoom sur les contributions genevoises

La quantification du gaz a été réalisée par une équipe de l'UNIGE et fait 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...) d'une des huit publications. Ces travaux ont contribué à démontrer que les galaxies lointaines, et se trouvant par conséquent à un stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un...) précoce de leur développement, ont beaucoup plus de gaz que les galaxies proches. Néanmoins, comme le gaz est consommé très rapidement et que les observations montrent une croissance des galaxies plus longue, les quantités de gaz observées ne sont pas suffisantes pour expliquer cette croissance. "Les galaxies doivent donc se réapprovisionner en gaz provenant du réseau cosmique", indiqueMiroslava Dessauges-Zavadsky, première auteure de cette étude.

Une autre étude menée par l'Observatoire de Genève a comparé les galaxies de notre époque (13,8 milliards d'années) à celles présentes 800 millions d'années après le Big Bang. Elle met en avant les similitudes de certaines propriétés des galaxies à travers les époques, comme le rapport entre l'émission de la raie (Raie [ʀɛ] est un nom vernaculaire ambigu qui correspond en français à de nombreuses espèces de poissons regroupées dans plusieurs ordres du super-ordre Euselachii....) du carbone et la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) d'étoiles formées. L'étude démontre la constance de ces propriétés sur 13 milliards d'années, une information importante pour quantifier la croissance des galaxies à travers l'histoire de l'Univers.

L'analyse des poussières galactiques est l'objet de la troisième étude genevoise. Les chercheur/euses ont pu démontrer la présence de poussières dans 20% des galaxies primitives. "Ceci indique que ces galaxies sont plus matures que primitives et que des générations précédentes d'étoiles ont créé les éléments incorporés dans les poussières," explique Pascal Oesch, astrophysicien à l'UNIGE et investigateur principal de cette publication.

L'analyse des déplacements du gaz est au coeur de la quatrième étude faite à l'UNIGE.Les chercheur/euses ont pu démontrer que les éléments lourds tels que le carbone sont présents non seulement à l'intérieur, mais aussi à grande distance des galaxies et se déplacent à grande vitesse (On distingue :). "Ce gaz enrichi trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et...) ainsi la présence d'importantes voies de circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) vers et probablement aussi en provenance de l'espace intergalactique. Cela étaye une fois de plus la thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à...) du réseau cosmique", conclut Daniel Schaerer.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array

L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) est une installation internationale issue d'un partenariat entre l'Organisation (Une organisation est) européenne pour 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 métonymique, la recherche scientifique...) astronomique dans l'hémisphère austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (ESO), la Fondation nationale des sciences des États-Unis (NSF) et les Instituts nationaux des sciences naturelles (NINS) du Japon, en coopération avec la République du Chili. L'ALMA est financé par l'ESO au nom de ses États membres, par la NSF en coopération avec le Conseil national de la recherche du Canada (NRC) et le ministère des sciences et de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) (MOST), et par le NINS en coopération avec l'Academia Sinica (AS) de Taïwan (Taïwan ou Taiwan (en sinogrammes traditionnels 臺灣 et plus souvent en sinogrammes traditionnels 台灣 ; en sinogrammes...) et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) coréen d'astronomie et des sciences spatiales (KASI). La construction et l'exploitation de l'ALMA sont dirigées par l'ESO au nom de ses États membres ; par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO), géré par Associated Universities, Inc. (AUI), au nom de l'Amérique (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de...) du Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), et par 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...) national du Japon (NAOJ) au nom de l'Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la Terre. Il est le plus grand continent (8,6 % de la surface totale terrestre ou 29,4 % des terres...) de l'Est. L'Observatoire commun de l'ALMA (JAO) assure la direction et la gestion unifiée de la construction, de la mise en service et de l'exploitation de l'ALMA.

Publications:
Cette recherche est publiée dans Astronomy & Astrophysic
DOI:
10.1051/0004-6361/202038284
10.1051/0004-6361/202038163
10.1051/0004-6361/202038231
10.1051/0004-6361/202037617

Voir aussi: https://www.techno-science.net/actualite/galaxies-etonnamment-matures-jeune-univers-N20140.html
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