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Les premières galaxies : des usines à nouvelles étoiles ?

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GOODS 850-5 est une galaxie située à 12 milliards d'années-lumière, et donc très peu lumineuse. Si l'on en croit les observations d'une équipe internationale d'astronomes, cette galaxie formait  de nouvelles étoiles à une cadence infernale. Notre compréhension de l'évolution des premières galaxies pourrait en être changée.

Le Submillimeter Array au sommet du Mauna Kea. Crédit : Roger J. Wendell

Les âges sombres et la période de la Renaissance Cosmique de l'Univers recèlent encore bien des mystères. Les astrophysiciens sont systématiquement surpris par la rapidité avec laquelle les premières étoiles ont dû s'allumer et les premières galaxies se développer par fusion pour former, dès le premier milliard d'années du cosmos, quelques grandes galaxies massives. La découverte réalisée dans le domaine submillimétrique aux confins de l'Univers à l'aide du Submillimeter Array (SMA), sur le Mauna Kea à Hawaï, ne fait que confirmer la présence d'une fièvre créatrice au début de l'histoire cosmique. 

A gauche, une image dans le visible de GOODS 850-5 (dans le cercle) prise avec le télescope Hubble. A droite, celle en infrarouge prise par Spitzer. Cliquez pour agrandir. Crédit : Wang et al., STScI, Spitzer, Nasa, NRAO/AUI/NSF

Lorsque de jeunes étoiles se forment de nos jours, elles le font dans des nuages moléculaires denses et froids, et surtout, riches en poussières. Le processus s'accompagne d'une forte émission de lumière dans le domaine infrarouge. Si l'on en croit les observations de GOODS 850-5, c'est plus de 4.000 nouvelles étoiles par an qui devaient se former à cette époque dans cette galaxie. Un chiffre vertigineux : il est au moins mille fois supérieur au taux actuel de formation d'étoiles dans la Voie Lactée !

Une croissance de galaxies plus rapide que prévue

Cette lumière infra-rouge a subi un fort décalage spectral du fait de la grande distance de GOODS 850-5, ce qui l'amène pour nous dans le domaine des ondes radio submillimétriques. C'est pourquoi cette galaxie n'a vraiment été détectée qu'en utilisant le réseau interférométrique de SMA.

Ces observations montrent deux choses.

Tout d'abord, il y a bien eu une importante production de poussières très tôt dans l'Univers. Ce phénomène reste mal compris, même si des progrès ont été réalisés, indiquant de plus en plus clairement que les premières supernovae, et même les premiers quasars, en sont à l'origine.

Ensuite, soit le taux de formation des galaxies par fusion des plus petites était plus important qu'on ne l'imagine (ce qui ne serait pas surprenant puisque l'on est alors en régime non linéaire), soit d'autres mécanismes encore inconnus étaient à l'œuvre.

Il y a encore beaucoup de travail à faire pour comprendre la formation et l'évolution des galaxies. Sans nul doute, les prochaines observations dans le domaine submillimétrique, comme avec le futur télescope Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), nous montreront, une fois de plus, que l'Univers est un lieu plein de surprises...

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