mardi 11 avril 2017

Observation d'une galaxie très faiblement lumineuse située 700 millions d'années après le Big Bang


Les galaxies les plus lointaines observées, situées entre 500 millions et 800 millions d'années après le Big Bang, ont souvent été détectées grâce à leur forte luminosité relative, ce qui ne les rend pas forcément représentatives de la population des galaxies primordiales de l'époque. Aujourd'hui, c'est une galaxie très normale, donc faiblement lumineuse, qui vient d'être observée à l'époque de la réionisation de l'Univers (700 millions d'années après la singularité initiale). L'équipe d'astronomes américains, européens et australiens publient leur observation dans Nature Astronomy.




C'est avec un télescope spatial (Hubble) et un télescope hawaïen (Keck I) que les astronomes ont réussi à caractériser complètement cette galaxie nommée MACS1423-z7p64, contenant environ 300 millions de masses solaires en étoiles. Austin Hoag (Université de Californie) et ses collaborateurs ont utilisé le spectrographe MOSFIRE installé sur le télescope de 10 m Keck I, l'un des plus performants instruments terrestres. Hubble avait préalablement identifié la galaxie amplifiée par effet de lentille gravitationnelle par un amas de galaxie situé en avant-plan (l'amas MACS J1423.8+2404). Le facteur d'amplification a été déterminé et vaut 9,6. Le spectre observé a quant à lui permis aux astronomes de voir la présence de la raie d'émission Lyman-α de l'hydrogène, mais à une longueur d'onde de 10504 Å (au lieu de sa valeur normale de 1215 Å), soit décalée vers le rouge par un facteur 7,64, signant ainsi son redshift et donc sa distance. 
Austin Hoag et son équipe évaluent également, à partir des spectres et des mesures photométriques, le taux de formation d'étoiles de la galaxie : 13,9 masses solaires par an, un taux soutenu, ainsi que l'âge moyen des étoiles qui forment cette galaxie : 24 millions d'années, plutôt très jeunes donc.


Ce qui rend l'observation de cette galaxie remarquable, c'est le fait qu'elle soit tout à fait ordinaire pour son époque. Ces types de galaxies nous sont normalement hors de portée du fait de leur faible luminosité, c'est l'effet de lentille gravitationnelle, ajouté à la performance de nos télescopes, qui a permis cette prouesse. 

MACS1423-z7p64 est désormais la galaxie la plus faiblement lumineuse détectée et caractérisée à cette distance considérable. Les quatre autres galaxies ayant été détectées à une distance plus grande ont une luminosité et une masse environ 10 fois supérieure. Les galaxies faiblement lumineuses comme MACS1423-z7p64 sont considérées devoir être bien plus abondantes dans l'Univers jeune que les galaxies lumineuses. Elle est donc beaucoup plus représentative de ce qui se passe durant cette époque dite de la réionisation où le rayonnement UV des premières étoiles des premières galaxies ionisent à nouveau le milieu intergalactique permettant la propagation plus libre de la lumière.
Le futur télescope spatial Webb devrait être un outil de choix pour explorer d'avantage et avec plus de facilité les galaxies similaires à MACS1423-z7p64. En attendant 2018, les astronomes peuvent toujours faire des exploits au sommet des volcans hawaïens...

Référence

Spectroscopic confirmation of an ultra-faint galaxy at the epoch of reionization
Austin Hoag et al.
Nature Astronomy 1, 0091 (10 avril 2017)

Illustrations

1) Illustration de la méthode de détection de la galaxie MACS1423-z7p64 (NASA/W. M. KECK OBSERVATORY/A. HOAG/M. BRADAC)

2) Les deux télescopes de 10 m du Keck Observatory sur le MaunaKea à Hawaï (Caltech/Laurie Hatch)

7 commentaires :

Pascal Cazabat a dit…

Bonjour,

étant novice, je ne comprends pas bien les relations entre l'espace et le temps (je ne parle pas ici de la relativité... quoique que la relativité générales doit avoir eu des effets évidents dans les premiers temps de l'univers)
Bon, si j'ai bien tout compris
Le 'Big Bang' semble s'être produit il y a environ 13,5 milliards d'années dans notre temps propre.
Qu'appelez vous 'une galaxie située à 700 millions d'années après le 'Big Bang'
Est-ce simplement que sa lumière aurait mis 13,5 milliards d'années moins un iota pour nous parvenir ?
Je suis désolé de vous poser une question qui doit vous sembler triviale mais je pense que je ne suis pas le sel à me la poser!

Dr Eric SIMON a dit…

Vous avez compris! La singularité initiale s'est produit il y a 13,81 milliards d'années. Une galaxie située 700 millions d'années après le Big Bang est une galaxie que l'on voit dans l'Univers âgé de 700 millions d'années, et dont la lumière a mis 13,1 milliards d'années à nous parvenir. Durant ce trajet, l'Univers s'est étendu, donc la distance actuelle de cette galaxie n'est pas 13,1 milliards d'années-lumière, mais une quarantaine de milliards.

Pascal Cazabat a dit…

Bon, mais alors, allons plus loin, si l'on peut observer des événements aussi proches de ce que vous appelez 'la singularité initiale', pourquoi ne pouvons nous pas observer ses touts premiers instants?
Et quelle forme cette observation pourrait avoir ?

Dr Eric SIMON a dit…

Les premières condensations de gaz qui s'agglomèrent pour produire les toutes premières étoiles et donc les toutes premières galaxies ont lieu environ 400 millions d'années après le T0. On atteint aujourd'hui difficilement ce cap des T0+400 millions, mais surtout, avant ces premières étoiles, il n'y a rien à voir, c'est ce qu'on appelle l'"âge sombre", qui couvre la période entre la surface de dernière diffusion (l'émission du fond diffus cosmologique), à T0+380 000 ans et T0+400 millions. L'Univers de cette époque est peuplé d'hydrogène neutre et d'hélium neutre assez diffus, ainsi que d'hypothétique matière noire, très peu de chose n'y émet de rayonnement...

Pascal Cazabat a dit…

Des particules peuvent se créer, hadrons ou leptons, sans laisser de trace?
En d'autres termes, il faut attendre la 'matière' pour voir l'univers ?

Anonyme a dit…

bonjour
si la lumière de cette galaxie émise 700 millions d'années après le bigbang nous parvient aujourd'hui, il y a un moment ou l'univers a grandit plus vite que la vitesse de la lumière?
Stephane

Dr Eric SIMON a dit…

@Pascal : il faut des photons pour "voir" quelque chose. L'hydrogène est là mais n'émet rien à cette époque reculée.

@anonyme : l'expansion peut effectivement dépasser la vitesse de la lumière, mais je vous rassure, il n'y a pas du tout de problème physique lié à ça. C'est l'espace-temps qui se dilate, ce qui est contenu dans l'espace-temps ne dépasse jamais la vitesse limite. Imaginez deux fourmis qui courent à la vitesse c à la surface d'un ballon en train de gonfler à une vitesse quelconque. Elles vont s'éloigner l'une de l'autre à une vitesse supérieure à c mais elles ne pourront jamais courir à plus de c.