Une équipe vient de débusquer la galaxie la plus lointaine connue à ce jour. Elle est vue seulement 319 millions d'années après le Big Bang. Son redshift record est de 13,27, battant à plate couture le précédent record de la galaxie GN-z11 qui était de 11, et ils observent aussi une autre galaxie qui aurait un redshift supérieur à 12... en attendant le prochain record qui ne devrait pas trop tarder. L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal.
Ces galaxies ont été nommées HD1 et HD2, elles ont été découvertes après plus de 1 200 heures d'observation avec les télescopes Subaru, VISTA, UKIRT JHK et Spitzer. et un tri parmi plus de 700 000 objets. L'équipe a ensuite effectué des observations de suivi à l'aide du réseau ALMA pour confirmer la distance de HD1. C'est toujours ALMA qui a le dernier mot... Ils observent en effet dans le spectre une raie à 237,8 GHz qui est cohérente avec la raie d'émission de l'oxygène OIII qui se trouve à 88µm dans le référentiel au repos, mais décalée par un facteur 14,27 (z+1).
HD1 et HD2 sont toutes les deux extrêmement brillantes en lumière ultraviolette (visible en infra-rouge par le décalage spectral). HD1 à un redshift de 13,27, correspondant à 319 millions d'années après le Big Bang, et HD2 a un redshift (moins précis) de 12,3, soit 355 millions d'années après la singularité. La galaxie qui possédait le record précédemment, GN-z11, avec un redshift de 11 se situe 414 millions d'années après le Big Bang. HD1 est dont 100 millions d'années avant.
Au départ, les chercheurs ont supposé que HD1 était une galaxie à flambée d'étoiles standard, c'est-à-dire une galaxie qui crée des étoiles à un rythme élevé. Mais après avoir calculé le nombre d'étoiles produites par HD1, ils obtiennent un taux de plus de 100 étoiles par an. C'est au moins 10 fois plus que ce qui est attendu pour ce type de galaxies. Harikane Yuichi (Université de Tokyo) et ses collaborateurs ont donc commencé à soupçonner que HD1 ne formait peut-être pas des étoiles "normales", mais peut-être la toute première génération d'étoiles qui s'est formée dans l'univers : des étoiles de population III : plus massives, plus lumineuses et plus chaudes que les étoiles de générations ultérieures. La luminosité UV de la galaxie qui est observée pourrait être expliquée plus facilement avec ce type d'étoiles.
Mais il existe une autre hypothèse qui pourrait expliquer la forte luminosité de HD1 : la présence d'un trou noir supermassif qui serait en train d'accréter de grandes quantités de gaz. Si c'est le cas, il s'agirait évidemment du trou noir supermassif le plus précoce connu. Les chercheurs calculent qu'il devrait avoir une masse de 100 millions de masses solaires (déjà...).
A partir de ces deux détections de galaxies très précoces, Harikane Yuichi et son équipe calculent la densité des galaxies dont le redshift moyen est z ∼ 13. Ils trouvent une densité qui est comparable à celle des galaxies brillantes à z ∼ 10 et cohérente avec la fonction de luminosité à double loi de puissance en supposant l'évolution du décalage vers le rouge qui avait été proposée par Bowler et al. en 2020. Ces résultats indiquent donc une faible évolution de l'abondance des galaxies brillantes jusqu'à z ∼ 13 comme le suggèrent d'autres études pour la plage de redshift comprise entre 4 et10. Les comparaisons avec les modèles théoriques montrent que ces modèles sous-estiment la densité des galaxies brillantes qui ont un redshift z entre 10 et 13, bien que les incertitudes des observations soient encore grandes.
Mais heureusement, Harikane Yuichi et ses collaborateurs peuvent maintenant annoncer que si la fonction de luminosité UV est bien cohérente avec la densité des galaxies brillantes à un redshift de 10 à 13, alors, les prochains télescopes spatiaux tels que JWST, Roman et GREX-PLUS détecteront plus de 10 000 galaxies à z 13 - 15 ! , et peut-être une ou plusieurs à z ∼ 17, ce qui nous permettra d'observer la formation de galaxies 225 millions d'années après le Big Bang...
Source
A Search for H-Dropout Lyman Break Galaxies at z ∼ 12 − 16
Yuichi Harikane et al.
à paraître dans The Astrophysical Journal
Illustration
HD1 imagée par le télescope VISTA (Harikane et al.)
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