Détection d'une galaxie elliptique géante dans l'Univers lointain

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Une équipe internationale d'astronomes, dirigée par des chercheurs du CEA, avec des équipes du CNRS et d'universités (Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot, Université de Provence) (1), a détecté, pour la première fois dans l'Univers lointain, une galaxie elliptique géante, très semblable à ses cousines de notre Univers local. Cette galaxie, située à 10,1 milliards d'années lumière de la Terre, est observée au moment où l'Univers n'avait que 3,6 milliards d'années. Cette découverte révèle que certaines galaxies elliptiques peuvent déjà atteindre leur taille « adulte », tôt dans l'évolution de l'Univers. Elles coexistent avec d'autres galaxies elliptiques, beaucoup plus petites, qui augmentent de volume au cours du temps. Ces résultats sont publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Pour éclairer les mystères du passé lointain de notre Univers, les chercheurs analysent la lumière de galaxies très éloignées de la Terre. Parmi les galaxies étudiées, les elliptiques intéressent tout particulièrement les astronomes. Ces régions suscitent beaucoup d'interrogations. En effet, les galaxies elliptiques n'étant pas le siège de formation importante d'étoiles, elles devraient avoir une évolution relativement restreinte au cours du temps. Pourtant, il y a quelques années, des images de l'Univers lointain, prises par le télescope spatial Hubble, suggéraient que les galaxies elliptiques lointaines pouvaient être de deux à cinq fois plus petites que leurs consœurs de même masse dans l'Univers proche. Pour atteindre leur taille « adulte », les galaxies elliptiques seraient obligées d'augmenter leur volume, ce qui contredit la théorie.

« Nous voulions trouver d'éventuelles galaxies elliptiques géantes dans l'Univers lointain », indique Masato Onodera, chercheur au CEA. « Pour 'peser' les galaxies lointaines, nous avons utilisé la technique de dispersion des vitesses des étoiles. Plus la taille d'une galaxie de masse donnée est petite, plus les étoiles la constituant doivent tourner rapidement autour du centre de la galaxie pour compenser l'attraction gravitationnelle », ajoute-t-il.

Pour avoir accès à ces données précieuses, les chercheurs se sont tournés vers l'un des plus grands relevés de l'Univers lointain, le projet COSMOS (2). Ils ont cherché des objets dotés d'une signature spectrale particulière dans le visible et le proche infrarouge, comme celles détectées par la caméra Suprime-Cam (3) du télescope Subaru, et la caméra WIRCam (4) du télescope Canada-France-Hawaii (5). Ils ont ensuite pu utiliser le télescope Subaru (6) qui, équipé d'un spectrographe et d'une caméra infrarouge multi-objets, a permis d'obtenir les spectres infrarouges des galaxies lointaines étudiées. L'analyse des élargissements des raies spectrales permet ensuite de remonter à la masse et à la taille des galaxies étudiées.

Les chercheurs ont ainsi pu détecter une galaxie elliptique géante, située à 10,1 milliards d'années lumière de la Terre et observée au moment où l'Univers n'avait que 3,6 milliards d'années. Ce résultat apporte la preuve que des galaxies géantes, parvenues à leur stade adulte, coexistent avec d'autres, plus compactes, dans l'Univers primordial (7). Par ailleurs, cette découverte apporte une pièce supplémentaire au puzzle de la compréhension de l'évolution des galaxies elliptiques. Les chercheurs s'attèlent désormais à quantifier la proportion relative de ces deux types extrêmes de galaxies elliptiques, en fonction du temps cosmique.

Pour en savoir plus :
"A Z = 1.82 ANALOG OF LOCAL ULTRA-MASSIVE ELLIPTICAL GALAXIES" (pdf).

Notes:

(1) Laboratoire d'Astrophysique, Instrumentation - Modélisation de Paris-Saclay (CEA-Irfu - CNRS - Université Paris Diderot), Institut d'astrophysique de Paris (CNRS - Université Pierre et Marie Curie - OSU/INSU), Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS - Université de Provence - Observatoire Astronomique de Marseille Provence - OSU/INSU).
(2) Le projet COSMOS est un relevé astronomique qui a détecté plus de 2 millions de galaxies, et qui implique une centaine de scientifiques du monde entier.
(3) Imageur optique grand champ.
(4) Caméra grand champ, travaillant dans le domaine du proche infrarouge.
(5) Le télescope Canada-France-Hawaii est piloté conjointement par le National Research Council du Canada, l'INSU-CNRS en France et l'Université d'Hawaii.
(6) Le télescope Subaru est situé au Mauna Kea à Hawaï. Il fonctionne en optique et en infrarouge. Il est dirigé par l'Observatoire astronomique national du Japon.
(7) Univers primordial : ensemble des époques anciennes de l'histoire de l'Univers observable.

VI
Victor

Question de généalogie des galaxies une galaxies géante elliptique ça se situe dans les jeune galaxie où plutôt dans les vielles galaxies... Dans ce cas peut on lui donner un âge... Et toujours dans la continuité de la question... A 3.8 Milliard d'années après le Big-Bang... Ca limite dans la généalogie des galaxies

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bongo1981

Victor, si nos modèles disent aujourd'hui que cette galaxie est plus vieille que l'univers, on reverrait nos modèles de formation des galaxies.
(Ca me rappelle une discussion que l'on a eu récemment).

VI
Victor

bah tu commences à me connaitre Bongo tu sais bien que je suis têtu... Puis l'histoire de l'âge d'après le décalage de Hubble ça me turlupine un peu :jap: :jap:

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cisou9

:_salut:
Elle tourne vite, comment est-ce mesuré, mon idée c'est que le redshift n'est pas tout à fait le même à d'un coté que de l'autre, vrai ou j'ai tout faux ? :_grat:

VI
Victor

Pour cisou l'histoire de la polarisation par effet Doppler ça concerne le fond 'univers qui présente des variations de longueurs d'ondes de quelques % en +/- et ça concerne le rayonnement fossile à 2.7K.... Tandis le Redshift dû à la fuite des galaxies selon la théorie du Big-Bang... Ben ça peut aller Jusqu'à des Redshift de 1000 ou moins... La longueur d'onde est X 1000 et des rayonnement gamma peuvent se retrouver en visible ou IR

PA
patou

Bonjour,

Questions de béotien :

Cette galaxie, si on la voit comme si elle était à 3,6 milliards d'années lumière c'est qu'elle y était réellement il y a 3,6 milliards d'années ?! Mais l'article dit qu'elle est ("maintenant") à 10 milliards d'années lumiere.

1 - Je suppose que ce chiffre est calculé par extrapolation de plusieurs observations, mais les chiffres sont tellement énormes qu'il me semble que les observations devraient être significativement distantes dans le temps sinon la précision doit être extremement mauvaise.

2 - Si c'est exact, ca veut dire qu'en 3,6 milliards d'années elle a bougé par rapport à nous de 6,4 milliards d'années lumière. Je croyais que c'était une vitesse maximum la vitesse de la lumière ...

Quelqu'un peut m'expliquer avec des mots simples ?

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DarkPounette

On la voit comme elle était il y a 10,1 milliards d'années (puisqu'elle est à autant d'années lumière de nous), alors que l'univers n'avait que 3,6 milliards d'années.
Ce qui nous fait 10,1+3,6= approximativement l'âge de l'univers...

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bongo1981

cisou9
:_salut:
Elle tourne vite, comment est-ce mesuré, mon idée c'est que le redshift n'est pas tout à fait le même à d'un coté que de l'autre, vrai ou j'ai tout faux ? :_grat:

Je dirai oui et non.
Enfin... je te dis ce que je comprends.
Selon toi, une galaxie en rotation va émettre plus dans le bleu pour la branche qui se rapproche de nous, et dans le rouge pour la branche qui s'éloigne.

Le phénomène mis en jeu est un effet Doppler cinématique + un redshift cosmologique.

Donc le redshift doit être constant d'un côté à l'autre, mais le décalage spectral est différent dû à l'effet Doppler.

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bongo1981

DarkPounette
On la voit comme elle était il y a 10,1 milliards d'années (puisqu'elle est à autant d'années lumière de nous), alors que l'univers n'avait que 3,6 milliards d'années.
Ce qui nous fait 10,1+3,6= approximativement l'âge de l'univers...

+1 :jap:

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melo

Pour ma part je ne dirais pas : quand l'univers était agé de 3.6 MA, mais plutôt que sur la distance observable de l'univers, celle ci nous envoie son image tel quel était il y a 10MA, rien ne dit que ce qui est observable soit tout simplement, tout ce qui est.
L'univers pourrais (est?) être bien plus agé que 14MA.

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bongo1981

En fait toute observation est interpretée dans le cadre d'une théorie.

Par exemple ici, la distance n'a pas été observée. On a observé un décalage vers le rouge que l'on interprête comme un redshift cosmologique lié à la constante de Hubble pour au final dire que la galaxie est distante de 10 milliards d'années lumière.

Si l'on voulait ne pas utiliser de modèle, il faudrait donner le z=3 par exemple (redshift).

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Maulus

De plus, on érgote sur des distances, mais ce qui compte c'est pas ça...
L'important dans cette étude c'est qu'une fois de plus le schéma de formation galactique est mit en défaut !

Originalement, on part d'inhomogénéïté dans le fond diffus cosmologique.
Ces petites inhomogénéïtés forment les noyaux des futures galaxies primordiales.
On s'attend à avoir plein de petites galaxies dans les 2 ou 3 premiers milliards d'années de vie de l'univers.
Puis, des collisions, la vampirisation du gaz intergalactiques mennant à la coalescence et à la création de galaxies de plus en plus massives.

Mais maintenant, on voit des galaxies éliptiques géantes à 10 Mds d'AL... bah merde alors :D
Donc soit on c'est planté en calculant sa distance, soit le modèle est faux !

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bongo1981

ou bien on a sous-estimé l'importance de la matière noire :o

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Maulus

oui aussi.
dans tous les cas le modèle s'éffondre :)

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melo

Je ne voudrais pas faire mon rabat-joie mais si l'univers était agé de (ex au pif) de 50 MA alors ça ne remettrait peut-être pas le modèle en cause, car ce que l'on verrait à 14MA ne serait alors pas agé de 3.6 MA mais de bien plus et le modèle serait toujours viable.
Je ne remet pas en tout en cause, simplement qu'il est extrêmement important de prendre en compte que l'on observe que 14MA et que peut-être est-ce une infime partie de ce qui est. Pourquoi l'univers ne serait-il pas bien plus grand que ce que l'on peut actuellement voir, n'a t-on pas repoussé/améliorer notre observation grçace à hubble ?

Bon je suis pas calé ni pointue comme bongo, ni autant à l'écoute que Maulus en ce qui concerne les galaxies mais je crois que beaucoup de choses reste à découvrir et qu'il ne faut pas tout remettre en cause tant que l'on ne dispose pas de plus d'éléments, déjà grâce au premier relevé de planck et lorsque les premières analyses tomberont, il y aura de nouvelles réponses ainsi que de nouvelles questions.

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Maulus

Tu sais à ce stade, nous ne rejetons aucune théorie :)

Mais j'espère que tu ne fais pas la confusion entre les 14 mds d'année d'âge et les probablement 40 ou 50 mds d'année lumière de rayon de l'univers par l'action de l'expansion !

Globalement, on ce fixe sur le modèle le plus élégant ou harmonieux et on essaye ensuite de le mettre en défaut avec des observations.
La fatigue du photon, l'univers chiffonné, autant d'idée :)

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bongo1981

melo
Je ne voudrais pas faire mon rabat-joie mais si l'univers était agé de (ex au pif) de 50 MA alors ça ne remettrait peut-être pas le modèle en cause

C’est assez difficile de remettre en cause l’âge de l’univers. En fait je dis ça… je veux dire qu’il est très difficile de remettre en cause que le Big Bang s’est produit il y a 13.7 milliards d’années.

Je m’explique : le modèle du Big Bang est basé sur le redshift et la constante de Hubble. La constante de Hubble dit : si l’on observe aujourd’hui un objet à 1 Méga parsec, 1 seconde plus tard cette distance augmentera de 75 km.
Ca veut dire qu’une seconde avant, cette distance était inférieure de 75 km.
Si l’on poursuit le raisonnement un certain nombre de seconde (plutôt un certain nombre de milliard d’années quelque chose comme 15), l’on obtient une distance nulle.

Ceci veut dire que si le taux d’expansion est resté strictement constant l’âge de l’univers serait de 15 milliards d’années (avec H = 72 km/s / Mpc). Etant donné que l’expansion a un peu ralenti depuis le Big Bang (l’influence de la matière baryonique et de la matière noire était prépondérante), donc l’âge de l’univers est un tout petit peu plus faible que les 15 milliards d’années (13.7).

Ceci ne permet pas de jouer énormément pour avancer l’âge du Big Bang (on observe le taux d’expansion sur plusieurs date et elle correspond assez bien au modèle, jusqu’à 6 ou 7 milliards d’années où l’on note que l’expansion s’accélère au lieu de ralentir).

Au final… le modèle du Big Bang est lié à énormément de paramètres à mesurer précisément, on n’est pas à l’abri de se tromper sur l’âge.

melo
car ce que l'on verrait à 14MA ne serait alors pas agé de 3.6 MA mais de bien plus et le modèle serait toujours viable.
Je ne remet pas en tout en cause, simplement qu'il est extrêmement important de prendre en compte que l'on observe que 14MA et que peut-être est-ce une infime partie de ce qui est. Pourquoi l'univers ne serait-il pas bien plus grand que ce que l'on peut actuellement voir, n'a t-on pas repoussé/améliorer notre observation grçace à hubble ?

En fait l’univers est plus grand que ce que l’on peut observer (ça peut sembler paradoxal, mais c’est le cas).

melo
Bon je suis pas calé ni pointue comme bongo, ni autant à l'écoute que Maulus en ce qui concerne les galaxies mais je crois que beaucoup de choses reste à découvrir et qu'il ne faut pas tout remettre en cause tant que l'on ne dispose pas de plus d'éléments, déjà grâce au premier relevé de planck et lorsque les premières analyses tomberont, il y aura de nouvelles réponses ainsi que de nouvelles questions.

Je suis entièrement d’accord sur cette démarche