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Des galaxies ultradenses dans le jeune Univers

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Les astronomes viennent de découvrir une nouvelle catégorie de galaxies qui, malgré leur taille minuscule, renferment autant d'étoiles que les grandes. Leur origine, encore mystérieuse, pourrait être liée à la matière noire.

Les neuf galaxies ultradenses. Crédit : Nasa, ESA, P. van Dokkum (Yale University), M. Franx (University of Leiden), G. Illingworth (University of California, Santa Cruz and Lick Observatory)

C'est en étudiant le fond du ciel à la recherche des premières galaxies, lorsque l'Univers n'était âgé que de 3 milliards d'années, que les astronomes ont découvert neuf jeunes galaxies extrêmement denses et compactes.

Leurs diamètres n'excèdent pas 5.000 années-lumière, soit moins d'un dixième de celui de notre Voie lactée (environ 85.000 années-lumière). Et pourtant, elles renferment approximativement le même nombre d'étoiles, pour une valeur totale de 200 milliards de masses solaires. En fait, chacune de ces jeunes galaxies pourrait confortablement se lover à l'intérieur du noyau de la nôtre...

« Réussir à détailler des galaxies aussi compactes à une telle distance est un véritable défi. Jamais une galaxie aussi compacte n'a été observée à cette distance, et nous ignorons encore par quel processus leurs dimensions pourraient s'accroître jusqu'à présenter celles de nos galaxies actuelles. Nous les observons telles qu'elles étaient il y a 11 milliards d'années, et durant ce laps de temps, elles devraient considérablement changer, devenant au moins cinq fois plus grandes », s'étonne Pieter G. van Dokkum de Yale University à New Haven (Connecticut), un des auteurs de l'étude publiée le 10 avril dans The Astrophysical Journal Letters.

La moitié des galaxies du tout jeune univers étaient-elles compactes ?

Afin de mesurer très exactement les dimensions de ces galaxies, les astronomes ont utilisé la caméra infrarouge (Near Infrared Camera) et le spectromètre multi-objets (Multi-Object Spectrometer) du télescope spatial Hubble, mais aussi, sur Terre, du télescope Keck de Mauna Kea, à Hawaï, équipé d'un système de compensation de la turbulence atmosphérique. Van Dokkum estime qu'à l'heure actuelle, seuls Hubble et le Keck sont à même d'effectuer ce type d'observation.

« Les galaxies ultradenses pourraient représenter la moitié de toutes celles qui peuplaient l'Univers il y a 11 milliards d'années, finissant par former les bases des grandes galaxies actuelles », estime Van Dokkum. Leur origine n'est pas connue, et Van Dokkum suggère qu'elles pourraient s'être formées par interaction entre la matière noire et l'hydrogène du jeune Univers.

Il postule que peu de temps après le Big Bang, l'Univers s'est empli de matière noire de façon inhomogène, l'hydrogène se trouvant emprisonné dans les poches et remous de ce matériau invisible, entrant en rotation de plus en plus rapide dans des champs de gravitation de la matière noire, amorçant la formation des premières galaxies.

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