Un groupe de galaxies nouvellement découvertes par la technique de rupture de Lyman. Crédit d'image: Astronomie et astrophysique. Cliquez pour agrandir
Une équipe internationale d'astronomes a réalisé l'un des levés les plus détaillés des galaxies les plus éloignées. Ces galaxies sont si loin que nous les voyons telles qu'elles étaient lorsque l'Univers avait moins de la moitié de son âge actuel. L'une des grandes surprises de cette enquête; cependant, c'est à quel point ces jeunes galaxies correspondent aux structures que nous voyons dans l'Univers actuel. Cela signifie que les galaxies ont probablement évolué par le biais de collisions et de fusions beaucoup plus tôt qu'on ne le pensait auparavant.
Une équipe d'astronomes de France, des États-Unis, du Japon et de Corée, dirigée par Denis Burgarella, a récemment découvert de nouvelles galaxies dans l'Univers primitif. Ils ont été détectés pour la première fois à la fois dans le proche UV et dans l'infrarouge lointain. Leurs résultats seront rapportés dans un prochain numéro d'Astronomie et Astrophysique. Cette découverte est une nouvelle étape dans la compréhension de l'évolution des galaxies.
L'astronome Denis Burgarella (Observatoire Astronomique Marseille Provence, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, France) et ses collègues de France, des États-Unis, du Japon et de Corée, ont récemment annoncé leur découverte de nouvelles galaxies dans l'Univers Ancien, pour la première fois dans le proche UV et dans l'infrarouge lointain. Cette découverte conduit à la première enquête approfondie des premières galaxies. La découverte sera rapportée dans un prochain numéro de Astronomy & Astrophysics.
La connaissance des premières galaxies a fait des progrès importants au cours des dix dernières années. Depuis la fin de 1995, les astronomes utilisent une nouvelle technique, connue sous le nom de «technique de rupture de Lyman». Cette technique permet de détecter des galaxies très éloignées. Ils sont vus tels qu'ils étaient lorsque l'Univers était beaucoup plus jeune, fournissant ainsi des indices sur la formation et l'évolution des galaxies. La technique de rupture de Lyman a déplacé la frontière des levés de galaxies lointaines jusqu'à un décalage vers le rouge z = 6-7 (soit environ 5% de l'âge actuel de l'Univers). En astronomie, le décalage vers le rouge désigne le déplacement d'une onde lumineuse d'une galaxie s'éloignant de la Terre. L'onde lumineuse est décalée vers des longueurs d'onde plus longues, c'est-à-dire vers l'extrémité rouge du spectre. Plus le décalage vers le rouge d'une galaxie est élevé, plus il est éloigné de nous.
La technique de rupture de Lyman est basée sur la «disparition» caractéristique des galaxies lointaines observée dans les longueurs d'onde des UV lointains. La lumière d'une galaxie éloignée étant presque entièrement absorbée par l'hydrogène à 0,912 nm (en raison des raies d'absorption de l'hydrogène découvertes par le physicien Theodore Lyman), la galaxie «disparaît» dans le filtre ultraviolet lointain. La figure 2 illustre la? Disparition? de la galaxie dans le filtre UV lointain. La discontinuité de Lyman devrait théoriquement se produire à 0,912 nm. Les photons à des longueurs d'onde plus courtes sont absorbés par l'hydrogène autour des étoiles ou à l'intérieur des galaxies observées. Pour les galaxies à décalage vers le rouge élevé, la discontinuité de Lyman est décalée vers le rouge de sorte qu'elle se produit à une longueur d'onde plus longue et peut être observée depuis la Terre. À partir d'observations au sol, les astronomes peuvent actuellement détecter des galaxies avec une plage de décalage vers le rouge de z ~ 3 à z ~ 6. Cependant, une fois détectées, il est encore très difficile d'obtenir des informations complémentaires sur ces galaxies car elles sont très faibles.
Pour la première fois, Denis Burgarella et son équipe ont pu détecter des galaxies moins éloignées via la technique de rupture de Lyman. L'équipe a collecté des données d'origines diverses: données UV du satellite NASA GALEX, données infrarouges du satellite SPITZER et données à portée visible dans les télescopes ESO. A partir de ces données, ils ont sélectionné environ 300 galaxies montrant une disparition des UV lointains. Ces galaxies ont un décalage vers le rouge allant de 0,9 à 1,3, c'est-à-dire qu'elles sont observées à un moment où l'Univers avait moins de la moitié de son âge actuel. C'est la première fois qu'un grand échantillon de galaxies de rupture de Lyman est découvert à z ~ 1. Ces galaxies étant moins éloignées que les échantillons observés jusqu'à présent, elles sont également plus lumineuses et plus faciles à étudier à toutes les longueurs d'onde permettant ainsi une analyse profonde des UV aux infrarouges.
Des observations antérieures de galaxies éloignées ont conduit à la découverte de deux classes de galaxies, dont l'une comprend des galaxies qui émettent de la lumière dans les gammes de longueurs d'onde proche UV et visible. L'autre type de galaxie émet de la lumière dans les gammes infrarouge (IR) et submillimétrique. Les galaxies UV n'ont pas été observées dans le domaine infrarouge, tandis que les galaxies IR n'ont pas été observées dans le rayonnement UV. Il était donc difficile d'expliquer comment de telles galaxies pouvaient évoluer en galaxies actuelles qui émettent de la lumière à toutes les longueurs d'onde. Avec leur travail, Denis Burgarella et ses collègues ont fait un pas vers la résolution de ce problème. En observant leur nouvel échantillon de z ~ 1 galaxies, ils ont découvert qu'environ 40% de ces galaxies émettaient également de la lumière dans le domaine infrarouge. C'est la première fois qu'un nombre important de galaxies éloignées sont observées dans les gammes de longueurs d'onde UV et IR, incorporant les propriétés des deux types principaux.
À partir de leurs observations sur cet échantillon, l'équipe a également déduit diverses informations sur ces galaxies. La combinaison de mesures UV et infrarouges permet de déterminer pour la première fois le taux de formation d'étoiles dans ces galaxies éloignées. Les étoiles s'y forment très activement, à raison de quelques centaines à mille étoiles par an (seules quelques étoiles se forment actuellement dans notre Galaxie chaque année). L'équipe a également étudié leur morphologie et montre que la plupart d'entre elles sont des galaxies spirales. Jusqu'à présent, on pensait que les galaxies éloignées étaient principalement des galaxies en interaction, avec des formes irrégulières et complexes. Denis Burgarella et ses collègues ont maintenant montré que les galaxies de leur échantillon, vues lorsque l'Univers avait environ 40% de son âge actuel, ont des formes régulières, similaires aux galaxies actuelles comme la nôtre. Ils apportent un nouvel élément à notre compréhension de l'évolution des galaxies.
Source originale: Communiqué de presse sur l'astronomie et l'astrophysique
