Les astronomes ont utilisé une armada de télescopes au sol et dans l'espace, dont le Very Large Telescope de l’ESO à l’Observatoire Paranal au Chili afin de découvrir et de mesurer la distance par rapport à la Terre de l'amas de galaxies évolué le plus éloigné jamais trouvé. Bien que cet amas soit observé lorsque l'Univers avait moins d'un quart de son âge actuel, il ressemble étonnamment aux amas de galaxies que l’on observe actuellement dans l'Univers local.
L'amas de galaxies J1449 CL 0856.
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«Nous avons mesuré la distance à l'amas de galaxies évolué le plus éloigné jamais trouvé», dit Raphael Gobat (CEA, Paris), l'auteur principal de l'étude pour laquelle les observations réalisées avec le VLT de l'ESO ont été utilisées, "La chose surprenante est que, lorsqu’on le regarde attentivement, cet amas de galaxies ne semble pas jeune – de nombreuses galaxies se sont « assagies » et ne ressemblent pas aux galaxies à formation d'étoiles que l’on observe habituellement dans l'Univers primitif. "
Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers maintenues ensemble par la gravité. Les astronomes s'attendent à ce que ces amas grandissent au fil du temps et donc que des amas massifs soient rares dans l'Univers primitif. Bien que des amas plus éloignés aient déjà été observés, ils sont toujours apparus comme de jeunes amas en plein processus de formation et non pas comme des systèmes assagis et évolués.
Cette équipe internationale d'astronomes a utilisé les instruments puissants que sont VIMOS et FORS2 installés sur le VLT de l’ESO pour mesurer les distances de certaines taches floues dans un curieux ensemble d’objets rouges très peu lumineux, observés auparavant avec le télescope spatial Spitzer. Ce groupement, baptisé J1449 CL 0856 [1], avait toutes les caractéristiques indiquant qu’il s’agissait d'un amas de galaxies très éloigné [2]. Les résultats montrent que nous sommes, en effet, en train de voir un amas de galaxies tel qu'il était lorsque l'Univers avait environ trois milliards d'années - moins d’un quart de son âge actuel [3].
Une fois mesurée la distance de cet objet très rare, ces astronomes ont observé attentivement les galaxies qui le composent en utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA et de l’ESA, ainsi que des télescopes au sol, dont le VLT. Ils ont trouvé des preuves suggérant que la plupart des galaxies de l'amas ne formaient pas d’étoiles, mais étaient composées d'étoiles déjà âgées d’environ un milliard d'années. Cela fait de cet amas un objet évolué d’une masse proche de la masse de l'Amas de la Vierge, l’amas riche en galaxies le plus proche de la Voie Lactée.
Une autre preuve indiquant qu'il s'agit bien d'un amas évolué provient d'observations, réalisées avec l'observatoire spatial XMM-Newton de l'ESA, de l'émission de rayons X provenant de J1449 CL 0856. L’amas présente une émission de rayons X qui doit venir d'un nuage très chaud de gaz ténu remplissant l'espace entre les galaxies et concentré vers le centre de l’amas. Ceci est un autre signe de maturité pour un amas dont les galaxies sont solidement maintenues ensemble par sa propre gravité, alors que des amas très jeunes n’auraient pas eu le temps de piéger du gaz chaud de cette manière.
Comme Raphael Gobat conclut : «Ces nouveaux résultats renforcent l'idée que des amas évolués existaient quand l'Univers avait moins d'un quart de son âge actuel. De tels amas sont supposés être très rares selon la théorie actuelle et nous avons eu beaucoup de chance d’en repérer un. Mais si de nouvelles observations en trouvaient beaucoup plus, alors cela pourrait signifier que notre compréhension de l'Univers primitif devrait être revue. "
Notes:
[1] Ce nom étrange se réfère à la position de l'objet dans le ciel.
[2] Les galaxies apparaissent en rouge sur la photo en partie parce qu’on pense qu’elles sont principalement composées d’étoiles rouges, froides. De plus, l'expansion de l'Univers a augmenté la longueur d'onde de la lumière, depuis qu’elle a quitté ces systèmes, de telle sorte qu'elle est principalement observée sous forme de rayonnement infrarouge lorsqu’elle atteint la Terre.
[3] Les astronomes ont mesuré la distance de l'amas en décomposant la lumière en ses différentes couleurs en utilisant un spectrographe. Ils ont ensuite comparé ce spectre avec celui d'un objet similaire dans notre Univers proche. Cela leur a permis de mesurer le décalage spectral vers le rouge (redshift) des galaxies lointaines – qui indique de combien l'Univers s'est étendu depuis que la lumière a quitté ces galaxies. Le décalage vers le rouge obtenu est égal à 2,07, ce qui signifie que l’amas est vu environ trois milliards d'années après le Big Bang.
