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Des échos de lumière révèlent une nouvelle classe de galaxies

Une nouvelle catégorie de galaxies a été identifiée grâce aux observations du VLT, du télescope Gémini Sud et du télescope Canada-France-Hawaï. Surnommées les galaxies Haricot vert du fait de leur apparence peu commune, ces galaxies brillent dans la lumière intense émise depuis les environs de monstrueux trous noirs et sont parmi les objets les plus rares de l’univers.

L'image du télescope Canada-France-Hawaï montre des milliers de galaxies dans l'univers lointain. Mais celle proche du centre semble vraiment très bizarre : elle brille d'une lueur verte. Cet objet très peu courant est appelé J224024.1−092748 ou J2240 et est un exemple parfait d'une nouvelle catégorie d'objets, les galaxies Haricot vert. Ce sont des galaxies qui brillent dans leur totalité sous l'effet des rayonnements provenant de la région qui entoure le trou noir central. J2240 se trouve dans la constellation du Verseau et il a fallu environ 3,7 milliards d'années à sa lumière pour atteindre la Terre. © CFHT, ESO, M. Schirmer L'image du télescope Canada-France-Hawaï montre des milliers de galaxies dans l'univers lointain. Mais celle proche du centre semble vraiment très bizarre : elle brille d'une lueur verte. Cet objet très peu courant est appelé J224024.1−092748 ou J2240 et est un exemple parfait d'une nouvelle catégorie d'objets, les galaxies Haricot vert. Ce sont des galaxies qui brillent dans leur totalité sous l'effet des rayonnements provenant de la région qui entoure le trou noir central. J2240 se trouve dans la constellation du Verseau et il a fallu environ 3,7 milliards d'années à sa lumière pour atteindre la Terre. © CFHT, ESO, M. Schirmer

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L'astronome Mischa Schirmer de l'observatoire Gemini a regardé de nombreuses images de l'univers lointain à la recherche d'amas de galaxies, mais lorsqu'il est tombé sur un objet d'une image du télescope Canada-France-Hawaï (CFHT), il a été stupéfait. Cet objet ressemblait à une galaxie, mais il brillait d'une lumière verte. Il était différent de toutes les galaxies qu'il avait vues auparavant, quelque chose de complètement inattendu. Il a aussitôt demandé à utiliser le VLT de l'ESO pour découvrir l'origine de cette lueur verte inhabituelle. « L'ESO m'a accordé spécialement du temps d'observation dans un délai très court et, à peine quelques jours après que j'ai soumis ma demande, cet objet bizarre a été observé avec le VLT, explique Mischa Schirmer. Dix minutes après que les données ont été collectées au Chili, je les recevais sur mon ordinateur en Allemagne. J'ai très vite recentré totalement mes recherches, car il apparaissait clairement que j'étais tombé sur quelque chose de vraiment nouveau ». Le nouvel objet a été enregistré en tant que J224024.1−092748 ou J2240. Il se situe dans la constellation du Verseau et il a fallu 3,7 milliards d'années à sa lumière pour atteindre la Terre.

Après cette découverte, l'équipe de Mischa Schirmer a cherché dans une liste de près d'un milliard d'autres galaxies et en a trouvé 16 avec des propriétés similaires qui ont été confirmées par des observations avec le télescope Gémini sud. Ces galaxies sont si rares que l'on en trouve en moyenne une seule dans un cube d'environ 1,3 milliard d'années-lumière de côté. Cette nouvelle classe de galaxies a été surnommée les galaxies Haricot vert du fait de leur couleur et car elles sont en apparence semblables (mais en plus grand) aux galaxies Pois vert.

Le VLT est l'un des trois télescopes géants qui ont été utilisés pour mieux cerner les caractéristiques des galaxies Haricot vert. © ESO, Yuri Beletsky

Le VLT est l'un des trois télescopes géants qui ont été utilisés pour mieux cerner les caractéristiques des galaxies Haricot vert. © ESO, Yuri Beletsky

Grandeur et décadence des trous noirs

Dans de nombreuses galaxies, la matière autour d'un trou noir central supermassif émet un rayonnement intense et ionise le gaz environnant qui, de ce fait, brille fortement. Ces régions brillantes dans les galaxies actives communes sont généralement petites, allant jusqu'à 10 % du diamètre de la galaxie. Toutefois, les observations de cette équipe montrent que dans le cas de J2240 et des autres galaxies Haricot vert détectées depuis, elles sont vraiment gigantesques, s'étendant sur l'ensemble de l'objet. J2240 présente une des plus grandes et des plus brillantes régions de ce type jamais découvertes. L'oxygène ionisé brille d'un vert lumineux, ce qui explique l'étrange couleur qui a initialement attiré l'attention de Mischa Schirmer. « Ces régions lumineuses sont des indicateurs formidables pour essayer de comprendre la physique des galaxies. C'est comme enfoncer un thermomètre médical dans une galaxie très lointaine, précise Mischa Schirmer. Généralement, ces régions ne sont ni très grandes ni très brillantes et ne peuvent être bien observées que dans les galaxies proches. Cependant, ces galaxies récemment découvertes sont si grandes et si brillantes que l'on peut les observer de manière très détaillée malgré leur éloignement. »

L'équipe a ensuite effectué une analyse approfondie des données qui a rapidement révélé un autre puzzle. J2240 semble avoir un trou noir bien moins actif en son centre que ne le laissaient penser la taille et la luminosité de la région brillante. L'équipe pense que les régions brillantes doivent être un écho provenant du trou noir central lorsque par le passé il était bien plus actif, et qu'elles vont s'estomper progressivement quand le rayonnement résiduel les aura traversées et sera parti dans l'espace. Ces galaxies indiquent la présence d'un centre galactique qui s'affaiblit, marquant une phase très brève dans la vie d'une galaxie. Les galaxies dans l'univers primordial étaient bien plus actives, avec en leur centre un trou noir en pleine croissance engloutissant les étoiles et le gaz environnants, et d'une brillance éclatante, produisant facilement jusqu'à 100 fois plus de lumière que l'ensemble des étoiles de la galaxie réunies.

Les échos de lumière comme celui observé dans J2240 permettent aux astronomes d'étudier les processus d'extinction de ces objets actifs afin de mieux comprendre comment, quand et pourquoi ils s'arrêtent (et pourquoi nous ne voyons que si peu d'entre eux dans les jeunes galaxies). C'est d'ailleurs le prochain objectif de cette équipe, en poursuivant ses recherches avec des observations dans le domaine des rayons X et en spectroscopie.


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