Mambo-9 fait partie de ces galaxies observées moins d'un milliard d'années après le Big Bang et qui forment fiévreusement des étoiles, lesquelles éjectent d'importantes quantités de poussières. Le radiotélescope Alma vient de former son image sans l'aide d'une lentille gravitationnelle, ce qui en fait la galaxie la plus lointaine de ce type observée de cette façon.

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Le prix Nobel de physique James Peebles a été un des pionniers de la théorie de la formation des galaxiesgalaxies. Mais toute théorie se nourrit d'observations et doit sans cesse être soumise à des tests pour tenter de la réfuter afin de devenir une théorie scientifique, comme nous l'a appris le philosophe des sciences Karl Popper. Encore faut-il avoir des moyens de faire des observations. Lorsqu'il s'agit de comprendre la formation et l'évolution primitives des galaxies, des instruments de plus en plus performants sont nécessaires pour remonter loin dans le passé.

On attend beaucoup de la mise en service du successeur de HubbleHubble, le télescope spatiale James-Webb. Il devrait permettre de révéler de jeunes galaxies alors que le cosmos observable avait quelques centaines de millions d'années, et que ces galaxies devaient être alimentées en matièrematière par des courants froids.

En attendant ce jour prochain, les cosmologistes et les astrophysiciensastrophysiciens peuvent compter sur les données fournies par le réseau d'antennes de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma). Il forme un radiotélescoperadiotélescope géant installé dans le désertdésert d'Atacama dans le nord du Chili, observant dans le domaine des ondes millimétriques. Comme les astrophysiciens l'expliquent dans un article disponible en accès libre sur arXiv, Alma a permis de former une image d'une galaxie très massive et surtout très poussiéreuse, et la plus éloignée sans avoir bénéficié de l'effet grossissant d'une lentille gravitationnellelentille gravitationnelle.


Une présentation d'Alma. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © European Southern Observatory (ESO)

La galaxie en question est vue telle qu'elle était seulement 970 millions d'années après le Big BangBig Bang. Dans les catalogues des chercheurs elle est connue sous la dénomination de MM J100026.36+021527.9 depuis une décennie. Mais comme elle a été détectée à l'aide du Max-Planck Millimeter BOlometer (Mambo) qui a équipé le radiotélescope de Pico Veleta (un instrument d'observation submillimétrique de 30 mètres conçu par l'Iram et situé au sud de l'Espagne, dans la Sierra Nevada), les cosmologistes en parlent entre eux sous le nom de Mambo-9.

Des galaxies poussiéreuses qui défient les cosmologistes

Cette galaxie est difficile à observer non seulement en raison de sa distance - qui la rend faiblement lumineuse - et du décalage spectral vers le rouge produit par l'expansion de l'UniversUnivers observable, mais aussi parce que sa lumièrelumière est en partie absorbée par la poussière issue de la fantastique activité de formation d'étoile qui s'y produisait alors. On estime en effet que le taux de formation stellaire était de plusieurs milliers d'étoilesétoiles par an, chiffre à comparer à celui actuellement déterminé dans la Voie lactéeVoie lactée qui est de l'ordre de trois étoiles chaque année.

On connaît d'autres galaxies de ce genre observées au début de l'histoire du cosmos. Leur existence a surpris les cosmologistes qui ne s'attendaient pas à trouver, si tôt dans l'univers après le Big Bang, ces grandes galaxies poussiéreuses témoignant d'une évolution chimique avancée, puisque ces poussières sont au moins carbonées. La nucléosynthèsenucléosynthèse stellaire devait donc déjà avoir produit beaucoup d'éléments lourds et c'est une surprise.

Dans le cas de Mambo-9, Alma a permis de déterminer qu'elle était effectivement vue par les instruments de l'humanité à une grande distance dans le temps et l'espace. On ne disposait pas d'une mesure précise avant la mise en service d'Alma. Le radiotélescope a aussi révélé une bonne estimation de la massemasse contenue sous forme de gazgaz et de poussières dans la galaxie. Elle est gigantesque, à savoir environ 10 fois la masse présente sous forme d'étoiles dans la Voie lactée.

Une image radio en fausses couleurs de la galaxie poussiéreuse en formation d'étoiles appelée Mambo-9 qui se compose de deux galaxies en train de fusionner. © Alma (ESO-NAOJ-NRAO), C.M. Casey et al. ; NRAO-AUI-NSF, B. Saxton
Une image radio en fausses couleurs de la galaxie poussiéreuse en formation d'étoiles appelée Mambo-9 qui se compose de deux galaxies en train de fusionner. © Alma (ESO-NAOJ-NRAO), C.M. Casey et al. ; NRAO-AUI-NSF, B. Saxton

Techniquement, Mambo-9 est un exemple de ce qui est connu sous les noms de submillimeter galaxies (SMG), (ultra)luminous infrared galaxies (LIRG or ULIRG) ou encore dusty, star-forming galaxies (DSFG), c'est-à-dire dans ce cas des galaxies poussiéreuses formant des étoiles. Elles sont très lumineuses dans l'infrarougeinfrarouge. On soupçonnait leur existence depuis les observations de COBE (Cosmic Background Explorer) qui avait révélé un fond cosmique infrarouge diffus, dont on ne pouvait rendre compte uniquement avec les émissionsémissions à ces longueurs d'ondelongueurs d'onde des galaxies observées dans le visible à ce moment-là. 

Cette existence a été confirmée il y a des années mais force est de constater que les  DSFG restent problématiques, car la plupart des simulations cosmologiques ne peuvent pas reproduire le grand nombre de DSFG que nous observons aujourd'hui, et encore moins expliquer comment elles se forment en premier lieu.