lundi 17 juin 2019

Découverte du plus lointain couple de galaxies en train de fusionner


Le plus lointain couple de galaxies en train de fusionner vient d'être identifié grâce au réseau de radiotélescopes ALMA: des galaxies situées il y a 13 milliards d'années, moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Cette découverte est le fruit d'astrophysiciens japonais et est publiée dans les Publications of the Astronomical Society of Japan.




Ce couple de galaxies est appelé B14-65666. Takuya Hashimoto (Waseda University) et ses collègues l'ont observé en ondes radio avec ALMA pour en déterminer des raies caractéristiques du carbone, de l'oxygène ainsi que de la poussière. Se faisant, ALMA atteint son record de distance pour une observation de ce type. Les chercheurs japonais voient clairement deux lobes qui forment un seul système en interaction mais les deux lobes ont des vitesses différentes. Il s'agit donc bien de deux galaxies en train de fusionner. Les astrophysiciens japonais parviennent à estimer que la masse totale de ces deux galaxies est de l'ordre de 10% de la masse de la Voie Lactée, mais B14-65666 a un taux de formation d'étoiles bien plus imposant que celui de notre galaxie, environ 140 fois plus élevé... Ce n'est d'ailleurs pas étonnant pour un système de galaxies en cours de fusion, où le gaz frais en compression ne peut que conduire à l'apparition de bouffées de formation stellaire.

Takuya Hashimoto et ses collègues ont observés la raie O III à 88 µm et la raie C II à 158 µm (longueurs d'ondes dans le référentiel terrestre) mais décalées toutes les deux avec un redshift énorme z=𝚫𝜆/𝜆= 7,152! La luminosité de la raie de l'oxygène est d'ailleurs presque trois plus plus forte que celle de la raie du carbone. Les chercheurs observent également un continuum d'émission caractéristique de la poussière interstellaire et en déduisent quelle est sa température : entre 50 et 60 K. A partir de la température de la poussière, ils en tirent la luminosité infra-rouge que doit arborer B14-65666 et qui vaut la bagatelle de 1000 milliards de fois la luminosité solaire.... La différence de vitesse entre les deux lobes galactiques en cours de rapprochement est de l'ordre de 200 km/s, avec une distance qui les sépare de seulement 2 à 4 kpc (entre 7500 et 15000 années-lumière).

Les fusions de galaxies sont un processus classique dans l'évolution des galaxies, la Voie Lactée elle-même ayant connu une série de fusions avec des plus petites entités. On sait donc aujourd'hui que le processus de fusion galactique existait déjà seulement quelques centaines de millions d'années après la formation des toutes première galaxies. Par ailleurs, la relativement haute température de la poussière et le ratio élevé de luminosité O III / C II laisse penser aux astrophysiciens que c'est la forte émission UV liée à la formation intense de nouvelles étoiles qui en est la cause. 
Ils calculent également la masse de poussière présente : entre 10 et 60 millions de masses solaires, et la masse en étoiles : de l'ordre de 2 milliards de masses solaires. 

Les riches données offertes par ALMA sur ce système de galaxies très lointaines en train de fusionner font de B14-65666 une cible de choix pour de nouvelles observations avec ALMA à la recherche de raies caractéristiques d'autres éléments, ainsi que de futures observations avec le télescope James Webb qui devrait être idéal pour de telles recherches.


Source

Big Three Dragons: A z = 7.15 Lyman-break galaxy detected in [O III] 88 μm, [C II] 158 μm, and dust continuum with ALMA
Takuya Hashimoto  et al.
Publications of the Astronomical Society of Japan
https://doi.org/10.1093/pasj/psz049


Illustration

Image composite de B14-65666 : la poussière en rouge (red), l'oxygène en vert et le carbone en bleu (ALMA), et les étoiles en blanc (Hubble) (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, Hashimoto et al.)