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Deux gigantesques galaxies observées très tôt dans l’Univers

Une image composite montrant les données ALMA (en rouge) des deux galaxies de SPT0311-58. Ces galaxies sont représentées sur un fond du télescope spatial Hubble (bleu et vert). Les données ALMA montrent la lueur poussiéreuse des deux galaxies. L'image de la galaxie à droite est déformée par des lentilles gravitationnelles. La plus proche galaxie lentille du premier plan est l'objet vert entre les deux galaxies imagées par ALMA. Crédits : ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Marrone et al .; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF) ; NASA / ESA Hubble

Une récente étude révélait il y a quelques jours deux gigantesques galaxies, proches l’une de l’autre, fusionnant bientôt, évoluant alors que l’Univers n’avait même pas atteint son premier milliard d’années. De quoi nous en apprendre davantage sur l’assemblage des structures les plus massives de l’Univers.

Le consensus actuel suggère que les premières galaxies, celles qui se sont formées quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, partagent de nombreuses similitudes avec certaines galaxies naines observées aujourd’hui dans l’Univers proche. Ces premières agglomérations de quelques milliards d’étoiles se seraient alors présentées comme des sortes de blocs de construction des plus grandes galaxies qui dominèrent l’Univers après les quelques premiers milliards d’années. Des observations (toujours en cours) faites avec le Grand réseau d’antennes millimétrique/submillimétrique de l’Atacama (ALMA), au Chili, révèlent pourtant des exemples surprenants de galaxies massives, remplies d’étoiles, observées lorsque le cosmos avait moins d’un milliard d’années. Ainsi, au vu de ces résultats, les plus petits blocs de construction galactiques auraient été capables de se rassembler en grandes galaxies plus rapidement que prévu.

Les chercheurs identifient ici précisément deux galaxies géantes observées alors que l’Univers n’avait que 780 millions d’années, soit environ 5 % de son âge actuel. ALMA a également révélé que ces galaxies d’une taille inhabituelle sont nichées à l’intérieur d’une structure cosmique encore plus massive, un halo de matière noire plusieurs fois plus massive que le Soleil. Ces deux galaxies sont si proches — moins de 30 000 années-lumière, soit moins de la distance qui nous sépare du centre de la Voie lactée — qu’elles vont bientôt fusionner pour former la plus grande galaxie jamais observée à cette période dans l’histoire cosmique. Cette découverte fournit ainsi de nouveaux détails sur l’émergence des grandes galaxies et le rôle de la matière noire dans l’assemblage des structures les plus massives de l’Univers.

« Nous pouvons aujourd’hui observer la galaxie la plus massive connue dans le premier milliard d’années de l’Univers en train de se former », explique Dan Marrone, de l’Université de l’Arizona à Tucson et principal auteur de cette étude. Les astronomes observent ainsi ces galaxies au cours d’une période de l’histoire cosmique connue sous le nom de « l’époque de la réionisation », quand la plus grande partie de l’espace intergalactique était imprégnée d’un brouillard obscurcissant de gaz hydrogène froid. Ces observations invitent par ailleurs les chercheurs à remodeler notre histoire, en repoussant le temps où les galaxies massives ont émergé dans l’Univers.

Pour identifier ces deux galaxies massives, les chercheurs expliquent s’être appuyés sur une lentille gravitationnelle, une sorte de « loupe cosmique » géante possible grâce à la présence d’un objet très massif situé entre le télescope et l’objet désiré. Celui-ci se retrouve toutefois déformé, nécessitant des modèles informatiques sophistiqués pour reconstruire l’image telle qu’elle apparaîtrait dans son état inchangé.

Les chercheurs ont par ailleurs noté que l’une des deux galaxies forme des étoiles à raison de 2 900 masses solaires par an. Elle contient également environ 270 milliards de fois la masse de notre Soleil en gaz et près de 3 milliards de fois la masse de notre Soleil en poussière. Les astronomes suggèrent que la formation rapide d’étoiles de cette galaxie est probablement déclenchée par une rencontre rapprochée avec son compagnon légèrement plus petit, qui héberge déjà environ 35 milliards d’étoiles solaires et augmente son taux d’étoiles au rythme effréné de 540 masses solaires par an.

Vous retrouverez tous les détails de cette étude dans la revue Nature.

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