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Record : la galaxie MACS1149-JD est la plus ancienne observée

ActualitéClassé sous :Astronomie , premières galaxies , premières étoiles

Les instruments de Hubble et Spitzer ont observé, grâce à un effet grossissant de lentille gravitationnelle, l'astre le plus lointain dont la distance est solidement établie à ce jour. Les images obtenues le montrent tel qu'il était moins de 500 millions d'années après la « naissance » de l'univers observable. C'est une galaxie très primitive qui se nomme MACS1149-JD.

Une vue du télescope spatial Hubble. Il faudra attendre 2018 pour que son successeur parte dans l'espace, le James Webb Telescope. © Nasa

Voici quelque temps, une équipe de recherche, menée par Johan Richard (centre de Recherche et d'astrophysique de Lyon - CNRS/université Lyon 1/ENS Lyon) et Jean-Paul Kneib (laboratoire d'Astrophysique de Marseille - CNRS/université de Provence), avait déjà fait une découverte, avec une lentille gravitationnelle, qui pourrait bouleverser les scénarios de formation des premières galaxies. Ces astrophysiciens avaient en effet observé une galaxie ancienne dont l'âge des étoiles laissait penser qu'elle avait 750 millions d'années environ lorsque les photons qu'elle a émis, collectés ensuite par les instruments de Hubble et Spitzer, sont partis dans notre direction.

Compte tenu du décalage spectral de la galaxie, il fallait en conclure que ces étoiles, et donc cette galaxie, avaient commencé à se former 200 millions d'années après le Big Bang. On avait donc de bonnes raisons de penser que les premières étoiles du cosmos observable ont commencé à naître plus tôt que prévu. Les premières galaxies naines, les briques des futures grandes galaxies comme la Voie lactée ou Andromède, devaient elles aussi s'être formées très tôt, et très rapidement. 

Récemment, la découverte de la galaxie SXDF-NB1006-2 et surtout la révision de l'estimation et de la date du début de la réionisation de l'univers et de sa durée impliquaient aussi une formation précoce des étoiles et galaxies de première génération. De nouvelles observations faites, là encore avec Hubble et Spitzer, semblent aujourd'hui enfoncer le clou comme on peut s'en rendre compte à la lecture d'un article déposé sur arxiv.

Sur ces images prises par Hubble on voit l'amas de galaxies MACS J1149+2223. Des zooms montrent ensuite la galaxie primitive MACS1149-JD. © Nasa, Esa, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), et la Clash Team

Les astrophysiciens travaillant dans le cadre du programme Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (Clash) étudiaient les données fournies par Hubble sur l'amas de galaxies MACS J1149+222 lorsqu'ils ont découvert l'objet désormais connu sous la dénomination de MACS1149-JD.

Des étoiles nées 290 millions d'années après le Big Bang

Le champ de gravitation de l'amas galactique était suffisamment puissant pour amplifier d'un facteur 15 les images de cet astre. Sans l'effet de lentille gravitationnelle produit par ce champ de gravitation, les instruments de Hubble auraient été incapables de le détecter à la fois dans le visible et dans le domaine de l'infrarouge. L'œil plus perçant de Spitzer dans ce domaine a permis de confirmer qu'il s'agissait bien d'une galaxie très primitive contenant environ 1 % de la masse de la Voie lactée sous forme d'étoiles et de gaz. Avec un décalage spectral vers le rouge valant z=9,6, c'est tout à la fois l'objet le plus ancien et le plus lointain connu avec fiabilité.

Les images de Hubble et Spitzer le montrent tel qu'il était lorsque le cosmos observable était âgé de quelque 490 millions d'années. Mais lorsque l'on cherche à déterminer la date de naissance des étoiles qui y sont contenues, on trouve qu'elles ont dû se former 200 millions d'années plus tôt. Une évaluation parfaitement compatible avec la date du début de la réionisation de l'univers récemment réévaluée, c'est-à-dire lorsque les premières étoiles ont commencé à briller et à ioniser l'hydrogène et l'hélium du jeune cosmos.

Lorsque le James Webb Telescope sera lancé vers 2018, il devrait nous révéler bien d'autres galaxies comme MACS1149-JD. D'ici là, on saura peut-être enfin quelle est la nature exacte de la matière noire et de l'énergie noire. Il se pourrait qu'au début des années 2020 on ait enfin une compréhension profonde de la naissance des premières étoiles et des premières galaxies pendant la réionisation.

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