jeudi 30 mars 2017

Observation de galaxies jeunes au milieu d'énormes halos de gaz


Une étude montre la présence de galaxies jeunes au milieu de très vastes halos d'hydrogène situés 1,5 milliards d'années après le Big Bang. Les deux galaxies lointaines observées sont en phase d'intense production d'étoiles. Cette observation effectuée avec ALMA, dévoile un peu plus les processus de formation des premières galaxies. 




Les premières galaxies ont dues se former à partir de régions plus denses en matière noire et en hydrogène que la moyenne, qui se se sont ensuite effondrées gravitationnellement en formant les premières étoiles, briques élémentaires des galaxies. Plus une galaxie possède une quantité importante de gaz, plus elle pourra former un grand nombre d'étoiles. Mais les premières galaxies, d'après les modèles en vigueur, n'auraient pas eu assez de gaz pour expliquer les taux de formation d'étoiles qui sont observés, ce qui fait penser aux astrophysiciens que ces galaxies doivent accaparer de l'hydrogène dans leur voisinage proche d'une manière ou d'une autre.
Ces galaxies devraient alors être entourées de vastes halos s'étendant bien au delà des disques galactiques, sur plusieurs dizaines de milliers d'années-lumière.
C'est pour tester cette idée que l'équipe de Marcel Neeleman (Université de Californie) qui publie son étude dans Science, a cherché à caractériser deux galaxies lointaines semblant associées à de grosses quantités de gaz détectées par l'absorption qu'elles produisent sur la lumière de quasars encore plus lointains, situés en arrière plan. Pour trouver ces galaxies difficiles à identifier, les chercheurs ont rusé en sélectionnant des spécimens riches en métaux (atomes plus lourds que l'hélium), qui du coup peuvent être détectées à certaines longueurs d'ondes submillimétriques avec le réseau de radiotélescopes ALMA (la raie à 158 µm du Carbone C II).
Les astrophysiciens sont parvenus à résoudre suffisamment bien ces deux galaxies avec leur spectre pour être capables de mesurer leur rotation par l'effet Doppler.
Avec la donnée de la vitesse de rotation, Marcel Neeleman et ses collègues arrivent à estimer la masse de l'une des deux galaxies : au moins 60 milliards de masses solaires. La seconde galaxie étudiée montre une dynamique plus complexe, rendant délicate la mesure de masse. Les astrophysiciens ont également estimé le taux de formation d'étoiles des deux galaxies, qui se trouve être "modérément élevé".
Ce que montrent Marcel Neeleman et ses collaborateurs, c'est que comme les enveloppes d'hydrogène entourant les galaxies n'apparaissent pas s'éloigner de leur galaxie hôte, ces galaxies vont pouvoir récupérer tout ce gaz et finalement le convertir en étoiles. Ce résultat d'observations vient apporter de nouvelles données pour nourrir les modèles de formation et d'évolution des jeunes galaxies.

Référence
[C II] 158-μm emission from the host galaxies of damped Lyman-alpha systems
Marcel Neeleman et al.
Science  Vol. 355, Issue 6331, pp. 1285-1288 (24 Mar 2017)

Illustration
Vue d'artiste d'une galaxie jeune et son vaste halo d'hydrogène (A. Angelich NRAO/AUI/NSF)