Un sosie de la Voie Lactée découvert dans le (très) jeune Univers

Publié par Adrien le 14/08/2020 à 09:00
Source: ESO
Grâce au Vaste Réseau (Sub-)Milimétrique de l'Atacama (ALMA) dont l'Observatoire Européen Austral (ESO) est partenaire, les astronomes ont mis au jour une galaxie extrêmement lointaine, et donc particulièrement jeune, étonnamment semblable à 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...). La 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.) est si distante que sa 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...) a mis plus de 12 milliards d'années à nous parvenir: nous l'apercevons telle qu'elle était lorsque l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) n'était âgé que de 1,4 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...) d'années. En outre, elle semble étonnamment calme, contredisant les théories stipulant que l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des galaxies peuplant l'Univers jeune présentaient turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire :...) et instabilité. Cette découverte inattendue questionne notre compréhension de la formation des galaxies, et ouvre une nouvelle fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) sur 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...) de notre Univers.


“Ce résultat constitue une véritable percée dans le domaine de la formation des galaxies. Il atteste que les structures que nous observons au sein des galaxies spirales ((voir page de discussion)) proches de la nôtre ainsi que dans notre propre Voie Lactée étaient déjà en place voici 12 milliards d'années”, précise Francesca Rizzo, doctorante à 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...) Max Planck (Max Planck (né Max Karl Ernst Ludwig Planck le 23 avril 1858 à Kiel, Allemagne - 4 octobre 1947 à Göttingen, Allemagne)...) dédié à l'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...) en Allemagne, qui a piloté l'étude publiée 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 rapport à minuit...) au sein de la revue Nature. Bien que 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...) étudiée par les astronomes et baptisée SPT0418-47 semble dépourvue de bras spiraux, elle présente au moins deux des caractéristiques typiques de notre Voie Lactée: 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 et un buble, caractérisé par une forte densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau...) d'étoiles 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...) du centre galactique. C'est la toute première fois que la présence d'un bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées comme organe de stockage de nourriture par une plante à dormance.) est détectée dans un Univers si jeune, ce qui confère à SPT0418-47 le statut de sosie le plus distant de la Voie Lactée.

"Le fait que cette galaxie ressemble tant aux galaxies proches de la nôtre constitua une véritable surprise. Ce résultat va à l'encontre de l'ensemble des prévisions des simulations numériques et des 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.) d'observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) antérieures, moins détaillées" ajoute Filippo Fraternali de l'Institut 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...) de Kapteyn, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Groningen aux Pays-Bas, co-auteur de l'étude. Dans l'Univers jeune, les galaxies étaient encore en cours de formation. Les astronomes s'attendaient donc à ce qu'elles soient caractérisées par une certaine forme de chaos et dépourvues de structures distinctes, typiques de galaxies plus âgées telles que la Voie Lactée.

L'étude des galaxies distantes telle SPT0418-47 est essentielle à notre compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies. Cette galaxie est si lointaine qu'elle nous apparaît telle qu'elle était lorsque l'Univers avait à peine 10 % de son âge actuel, sa lumière ayant mis 12 milliards d'années pour nous parvenir. En l'étudiant, nous remontons à une époque à laquelle ces bébés galaxies commençaient juste à se développer.

L'éloignement de ces galaxies les fait apparaître quasiment ponctuelles et faiblement brillantes, ce qui empêche les télescopes les plus puissants de les observer dans leurs moindres détails. L'équipe a surmonté cet obstacle en utilisant l'effet 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 microscope optique, qui, lui, est constitué de plusieurs...) produit par une galaxie voisine - un effet connu sous l'appellation de lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.), permettant à ALMA d'observer l'Univers lointain - et donc passé - dans des détails sans précédent. Dans cet effet, l'attraction gravitationnelle qu'exerce la galaxie voisine déforme et courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les...) la lumière en provenance de la galaxie distante, lui conférant une apparence déformée et magnifiée.

L'alignement des deux galaxies étant presque parfait, la galaxie distante faisant 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 verbale. Il est défini par...) d'une déformation gravitationnelle présente l'aspect d'un 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...) anneau de lumière autour de la galaxie voisine. L'équipe a reconstitué la véritable forme de la galaxie lointaine ainsi que le mouvement de son 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...) en appliquant aux données d'ALMA une nouvelle technique de modélisation informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines telles que les ordinateurs, les...). "Lorsque j'ai découvert l'image reconstituée de SPT0418-47, je n'en revenais pas: un coffre recélant mille trésors s'ouvrait à nous", conclut Francesca Rizzo.

"Ce que nous avons découvert est assez déroutant: bien qu'elle forme des étoiles à un rythme élevé et qu'elle soit le siège de processus hautement énergétiques, SPT0418-47 est le disque galactique le mieux ordonné observé à ce jour dans l'Univers jeune" précise Simona Vegetti, également de l'Institut Max Planck dédié à l'Astrophysique, et co-auteur de l'étude. "Ce résultat particulièrement inattendu bouleverse notre perception de l'évolution des galaxies". Bien que SPT0418-47 présente un disque et d'autres caractéristiques typiques des galaxies spirales contemporaines, les astronomes s'attendent à ce qu'elle évolue différemment de la Voie Lactée et qu'elle se joigne à la classe des galaxies elliptiques, un autre type de galaxies qui, aux côtés des spirales, peuplent l'Univers actuel.

Cette découverte inattendue suggère que l'Univers jeune était peut-être moins chaotique que l'on ne le pensait et soulève de nombreuses questions relatives à la formation d'une galaxie si ordonnée peu 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 modèles cosmologiques qui...). Cette découverte d'ALMA s'inscrit dans la lignée de la découverte annoncée au mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de mai dernier d'un disque de rotation massif (Le mot massif peut être employé comme :) à semblable distance. SPT0418-47 est observée dans des détails plus fins grâce à l'effet de lentille gravitationnelle ; elle est dotée non seulement d'un disque mais également d'un bulbe, ce qui permet de l'assimiler davantage encore que la galaxie précédemment étudiée à notre Voie Lactée telle qu'elle se présente actuellement.

De futures études, menées au moyen notamment de l'Extremely Large Telescope de l'ESO, s'emploieront à déterminer la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...) de ces "bébés" galaxies à disque au sein de l'Univers jeune, et si elles sont effectivement moins chaotiques que prévu par la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...), offrant aux astronomes de nouvelles voies pour comprendre comment ont évolué les galaxies.
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