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Les plus vieilles galaxies viennent d'être révélées par Hubble

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Les astrophysiciens continuent leur plongée au sein du Ultra Deep Field livré une première fois par Hubble en 2004. Prises par la nouvelle caméra Wide Field Camera 3, des images en infrarouge montrent plus clairement les plus lointaines galaxies connues, telles qu'elles étaient quelques centaines de millions d'années seulement après la naissance de l'Univers observable.

A gauche, des zooms sur l'image du Hubble Ultra Deep Field montrent dans des cercles jaunes des galaxies dont les âges ont été estimés entre 12,9 et 13,1 milliards d'années. Crédit : Nasa, Esa, G. Illingworth, R. Bouwens (University of California, Santa Cruz), the HUDF09 Team

Depuis que le télescope spatial Hubble est en orbite, les astronomes et les cosmologistes ont sans cesse cherché à repousser les limites dans l'espace et dans le temps des observations qu'il permet. En 1995, déjà, l'instrument montrait, sur une petite partie de la voûte céleste, des milliers de galaxies telles qu'elles étaient il y a environ 10 milliards d'années et même plus. Les astronomes avaient pour cela enregistré un à un, pendant dix jours, les photons en provenance d'une partie de la constellation de la Grande Ourse, dont la taille angulaire correspondait à celle d'une balle de tennis vue à 100 mètres. Ces observations avaient été rassemblées en une image devenue célèbre et baptisée champ profond de Hubble ou, en anglais, Hubble Deep Field (HDF).


Une vidéo sur le HUDF, Hubble Ultra Deep Field. Crédit : Esa/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)

De septembre 2003 à janvier 2004, les chercheurs ont récidivé en plongeant encore plus profondément dans l'espace et le temps, brisant au passage la limite des 12 milliards d'années-lumière et s'aventurant même dans le premier milliard d'années de l'Univers observable. L'image obtenue a logiquement été baptisée Hubble Ultra Deep Field (HUDF), c'est-à-dire champ ultra-profond de Hubble. Elle montre cette fois une région de la constellation du Fourneau dont la taille angulaire est celle d'un grain de sable vu à bout de bras !

Cliquer pour agrandir. Le HUDF pris dans l'infrarouge proche par Hubble. Crédit : Nasa-Esa

Des ancêtres naines

Les choses n'en sont pas restées là depuis le rétablissement de Hubble et la mise en place de la nouvelle version de la caméra à grand champ, la Wide Field Camera 3 (WFC3). Cet outil avait permis de confirmer les observations déjà affinées à l'aide de Spitzer.

Une nouvelle étude du HUDF a donc été réalisée et si elle montre maintenant plus nettement beaucoup de galaxies vieilles de plus de 13 milliards d'années, cela ne change pas l'essentiel des informations qui avaient déjà été déduites des images précédentes, de moindre qualité.

Il n'en reste pas moins que le HUDF de 2009 est l'image la plus lointaine des galaxies dans le domaine du proche infrarouge et, combinée à celle du HUDF de 2004 obtenue dans le visible, elle repousse les limites de ce que l'on sait de l'Univers juste après la fin des âges sombres et la période de la réionisation.

On voit toujours des galaxies naines dont la taille est d'environ un vingtième de celle de la Galaxie avec une couleur particulièrement bleue. Cela est conforme aux prédictions du modèle hiérarchique de la formation des galaxies, découlant de l'existence de la matière noire froide.

Cliquer pour agrandir. Un zoom sur une partie du HUDF où ont été réalisées les images des plus anciennes galaxies connues (voir la dernière image en fin d'article). Crédit : Nasa-Esa

Les premières galaxies sont bien des naines, pauvres en métaux et en poussières, ce qui explique que le rougissement associé aux galaxies plus récentes par l'absorption de la lumière des étoiles par la matière du milieu interstellaire y soit bien moindre. Ces galaxies naines vont ensuite entrer en collision et fusionner, selon un processus d'accrétion rappelant la formation des planètes du Système solaire à partir des planétésimaux. Au cours du temps, la taille des galaxies doit donc croître et elles doivent se rassembler en amas puis en super amas.

La lumière des galaxies les plus lointaines a cependant été si décalée vers le rouge qu'elle se trouve dans la région du proche infrarouge et qu'il est difficile pour Hubble d'effectuer une spectroscopie précise. Cela signifie qu'il reste des incertitudes sur les distances exactes de ces galaxies et, surtout, qu'il faudra attendre la mise en orbite du successeur de Hubble, le télescope James Webb, pour confirmer que certaines des galaxies observées sont bien à 13,1 milliards d'années-lumière et, également, pour obtenir des images d'objets plus anciens encore.

Cliquer pour agrandir. Un autre zoom sur une partie du HUDF montrant les plus anciennes galaxies connues (voir la dernière image en fin d'article). Crédit : Nasa-Esa

Les données obtenues avec la WFC3 confirment aussi que le taux de formation des étoile dans ces galaxies naines était trop faible pour soit produite suffisamment de lumière ultraviolette pour réioniser l'Univers autant qu'il l'était à cette époque. Il faudrait donc faire intervenir l'influence des premiers quasars, à moins qu'une génération de protogalaxies bien plus lumineuses n'ait précédé celle observée aujourd'hui par Hubble.

Que de chemin parcouru par l'astronomie depuis la mort d’Hypathie d’Alexandrie !