Un zoom montrant HD1 en fausse couleur. © Harikane et al., Nasa, EST and P. Oesch/Yale.
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Record : une galaxie vue seulement 300 millions d'années après le Big Bang ?

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[EN VIDÉO] La galaxie la plus lointaine observée  HD1 pourrait abriter un quasar ou une population mythique d'étoiles primitives. 

Une batterie de télescopes ayant observé pendant plus de 1.000 heures un astre baptisé HD1 suggère que l'on observe la plus ancienne galaxie détectée à ce jour. Elle pourrait abriter un quasar, ou une population mythique d'étoiles primitives, jamais encore mis en évidence réellement mais prédit par les théoriciens.

On attend tous d'ici l'été 2022 le début des prises de données qui conduiront à des découvertes par le télescope James-Webb. Mais, en attendant, les astrophysiciens continuent de pousser à leurs limites les instruments dont ils disposent pour remonter encore plus loin dans le passé du cosmos observable, à la recherche des premières galaxies et des premiers trous noirs supermassifs. On peut s'en convaincre avec deux publications aujourd'hui, l'une dans Astrophysical Journal et l'autre dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.

Les astrophysiciens y font état de la découverte d'un astre nommé HD1 qui est le plus lointain jamais découvert à ce jour puisqu'il possède une valeur de z record, la quantité introduite par les cosmologistes pour parler d'un décalage spectral vers le rouge avec la loi de Hubble-Lemaître reliant ce décalage à une distance. C'est aussi l'objet le plus ancien détecté puisque selon les équations de la relativité générale et le modèle cosmologique standard fortement soutenu entre autres par les données du satellite Planck concernant le rayonnement fossile (et malgré la tension entre ces données et celles des supernovae pour l'estimation de l'accélération de l'expansion de l'Univers observable), HD1 serait vu tel qu'il était il y a environ 13,5 milliards d'années, soit seulement environ 300 millions d'années après le Big Bang.

Une chronologie de l'Univers observable avec en haut la valeur du décalage spectral vers le rouge donné par z et en bas les âges correspondant à ce décalage dans le passé en remontant vers le Big Bang. © Harikane et al., Nasa, EST and P. Oesch/Yale.

Un quasar ?

Comme l'explique un communiqué du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian aux États-Unis, HD1 a été découvert après plus de 1.200 heures d'observation avec au sol le télescope japonais Subaru à Hawaï et le télescope Vista (acronyme de l'anglais Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) de l'ESO, et dans l'espace le défunt le télescope spatial Spitzer.

« Il a été très difficile de trouver HD1 parmi plus de 700.000 objets », explique dans ce communiqué Yuichi Harikane, astronome à l'université de Tokyo qui a découvert la galaxie. Le chercheur ajoute : « La couleur rouge de HD1 correspondait étonnamment bien aux caractéristiques attendues d'une galaxie à 13,5 milliards d'années-lumière, ce qui m'a donné un peu la chair de poule quand je l'ai trouvée. » Les astrophysiciens ont ensuite effectué des observations à l'aide de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) pour confirmer la distance de HD1, qui est d'environ 100 millions d'années-lumière plus loin que GN-z11, l'actuel détenteur confirmé du record de la galaxie la plus éloignée.

Deux choses concernant HD1 restent à établir plus solidement. Tout d'abord sa distance, et il est prévu de le faire en l'observant avec le James-Webb. Mais aussi sa nature exacte car les astrophysiciens ne savent pas encore très bien s'ils observent une galaxie ordinaire ou un quasar avec un trou noir supermassif qui contiendrait déjà environ 100 millions de masses solaires, ce qui serait spectaculaire pour une galaxie observée aussi tôt après le Big Bang. Le trou noir supermassif de notre Voie lactée n'en contient actuellement que 4 millions mais il est vrai que dans le cas de M87* c'est un peu plus de 6 milliards de masses solaires.

Un zoom montrant HD1 en fausses couleurs. © Harikane et al.

Ou des étoiles de population III ?

En fait, parler de galaxie ordinaire n'est pas correct et les astrophysiciens envisagent même une hypothèse plus exotique que l'observation du plus lointain quasar découvert à ce jour. En effet, HD1 étant très brillant dans le domaine de l'ultraviolet, les chercheurs avaient avancé tout d'abord l'hypothèse qu'ils observaient une galaxie à flambée d'étoiles (starburst galaxy en anglais) comme celles que l'on connaît déjà. Mais l'estimation du taux de formation d'étoile nécessaire pour expliquer la luminosité de HD1 implique que la galaxie formerait plus de 100 nouvelles étoiles chaque année, ce qui est 10 fois plus qu'attendu théoriquement des galaxies à flambée d'étoiles en se basant sur celles que l'on observe.

Or, comme l'explique l'astrophysicien Fabio Pacucci en poste au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, auteur principal de l'étude publiée dans Mnras et co-auteur de l'article dans ApJ : « La toute première population d'étoiles qui s'est formée dans l'univers était plus massive, plus lumineuse et plus chaude que les étoiles modernes. Si nous supposons que les étoiles produites dans HD1 sont ces premières étoiles, dites de Population III, alors ses propriétés pourraient être expliquées plus facilement. En fait, les étoiles de la population III sont capables de produire plus de lumière UV que les étoiles normales, ce qui pourrait rendre compte de la luminosité ultraviolette extrême de HD1. »

C'est une raison de plus d'attendre impatiemment les observations du James-Webb.

Les télescopes au sommet du Mauna kea, comme ici, notamment les télescopes de l'Observatoire Keck présentés dans cette vidéo, nous permettent de sonder les secrets du cosmos. 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 ». © Explore Documentary Films

Pour en savoir plus

Record : une galaxie 380 millions d'années après le Big Bang ?

Article de Laurent Sacco publié le 14/12/2012

Un groupe d'astronomes a découvert 7 galaxies parmi les plus lointaines connues, observées sur une période s'étendant entre 350 et 600 millions d'années après le Big Bang. L'une d'entre elles pourrait même détenir un record. Hubble la montre peut-être alors que le cosmos n'avait que 380 millions d'années.

Cela fait 9 ans que les astronomes étudient le Hubble Ultra Deep Field (HUDF). De 2003 à 2004, les instruments de Hubble ont observé pendant plusieurs heures, réparties sur une durée de 11 jours au total, une petite région de la voûte céleste située dans la constellation du Fourneau. Les astrophysiciens avaient ainsi obtenu une image dans le visible sur laquelle se trouvaient à la fois des galaxies proches et les plus anciennes connues à l'époque. En 2009, l'arrivée de la Wide Field Camera 3 (WFC3) à bord de Hubble avait permis de faire des observations en infrarouge, révélant des galaxies encore plus anciennes et difficiles à observer du fait de leur faible luminosité et de leur décalage spectral plus important vers le rouge.

Un groupe d'astronomes vient de publier un article sur arxiv portant sur des observations d'une partie du HUDF dans l'infrarouge proche pendant 6 semaines, d'août à septembre 2012.


Le site Du Big Bang au Vivant est un projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine. Hubert Reeves, Jean-Pierre Luminet et d'autres chercheurs y répondent à des questions à l'aide de vidéos. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com, Youtube

Le bilan de l'Hubble Ultra Deep Field 2012 est arrivé

La moisson s'est avérée bonne car les chercheurs ont obtenu des mesures plus précises et plus solides concernant des galaxies observées alors que l'âge de l'univers observable ne dépassait pas 600 millions d'années. Le cosmos observable ayant un âge estimé à 13,7 milliards d'années, les nouvelles images de Hubble nous révèlent 7 galaxies alors que notre espace et la matière qu'il contient n'avaient que 4 % de leur âge actuel, selon les mots des chercheurs.

Sur cette photo prise en infrarouge lors de la campagne d'observations du HUDF en 2012, on voit 7 galaxies (losanges colorés) dont les décalages spectraux ont des valeurs record. Ces décalages spectraux sont donnés avec des valeurs d'un paramètre noté Z comme il est d'usage. Une valeur élevée révèle un éloignement important. © Nasa, Esa, Caltech, R. Ellis, HUDF 2012 Team

Des observations toujours conformes au Big Bang

Ces 7 galaxies auraient des âges compris entre 350 et 600 millions d'années après la naissance de l'univers observable, donc au moment où les premières étoiles et les première galaxies réionisaient l'univers, d'après les informations récemment déduites du rayonnement fossile. L'une de ces galaxies est particulièrement intéressante et ce n'est pas une inconnue. Il s'agit de UDFj-39546284.

Voilà presque deux ans, elle était déjà présentée comme la galaxie la plus lointaine connue mais l'estimation de son âge, et donc de sa distance, était encore incertaine. Une autre galaxie avait été proposée pour le titre de la plus ancienne et la plus lointaine observée : SXDF-NB1006-2.

Une chronologie de l'univers observable avec en bas les dates en milliards d'années et en haut le décalage spectral vers le rouge des objets observés. De 2009 à 2012, les observations de Hubble ont permis de se rapprocher de la période où a commencé la formation des premières galaxies. Il faudra attendre le successeur de Hubble pour vraiment explorer ces territoires de la fin des âges sombres. © Nasa, Esa

UDFj-39546284 pourrait être observée alors que seulement 380 millions d'années se sont écoulées depuis l'émission du rayonnement fossile. Si tel est bien le cas, elle est plus lointaine qu'on l'avait d'abord pensé, et elle détient même le record de distance. Techniquement, on pensait initialement que son décalage spectral vers le rouge, z, était d'environ 10, alors qu'il semblerait qu'il soit de 11,9.

La campagne d'observations 2012 du Hubble Ultra Deep Field n'a pas seulement repoussé encore plus loin les limites de l'univers observable dans l'infrarouge avec Hubble. Les images et les mesures obtenues montrent aussi un tout jeune cosmos en formation, tel qu'il n'est plus depuis des milliards d'années, et en plein accord avec la théorie du Big Bang. Elles nous donnent un avant-goût de ce que devrait nous révéler le télescope James Webb dans quelques années, avec bien plus de détails.

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