Grâce aux récentes améliorations apportées aux télescopes spatiaux et au sol, les astronomes ont pu sonder plus profondément dans l'Univers que jamais auparavant. En regardant des milliards d'années en arrière dans le temps, nous sommes en mesure de tester nos théories sur l'histoire de la formation et de l'évolution galactiques. Malheureusement, étudier le tout premier Univers est une tâche intimidante, qui dépasse les capacités de nos instruments actuels.
Mais en combinant la puissance du télescope spatial Hubble avec une technique connue sous le nom de lentille gravitationnelle, une équipe d'astronomes a fait la première découverte d'une galaxie compacte qui a cessé de fabriquer des étoiles quelques milliards d'années seulement après le Big Bang. La découverte d'une telle galaxie existant si tôt dans l'Univers est sans précédent et représente un défi majeur pour les théories sur la façon dont les galaxies massives se forment et évoluent.
Leurs conclusions ont été rapportées dans une étude intitulée «Une galaxie massive et morte dans le premier univers», parue dans le numéro du 22 juin de la revue La nature.Comme indiqué dans l'étude, l'équipe s'est appuyée sur des données de Hubble qu'elles ont combinées avec des lentilles gravitationnelles - où un amas massif de galaxies grossit et étire des images de galaxies plus éloignées au-delà d'elles - pour étudier la galaxie lointaine connue sous le nom de MACS 2129-1.
Ce qu'ils ont trouvé était complètement inattendu. Compte tenu de l'âge de la galaxie - daté de seulement trois milliards d'années après le Big Bang - ils s'attendaient à voir une boule d'étoiles chaotique qui se formait en raison de la fusion des premières galaxies. Au lieu de cela, ils ont remarqué que la galaxie, qui était en forme de disque (comme la Voie lactée), était effectivement morte - ce qui signifie que la formation d'étoiles avait déjà cessé en son sein.
Ce fut une surprise, car les astronomes ne s'attendaient pas à voir cela si tôt dans l'Univers. De plus, c'était la première fois que des preuves directes ont été obtenues qui montrent comment au moins certaines des premières galaxies «mortes» de l'Univers ont évolué à partir d'objets en forme de disque pour devenir les galaxies elliptiques géantes que nous voyons régulièrement dans le Space Magazine .
Comme l'explique Sune Toft - un chercheur du Dark Cosmology Center de l'Institut Niels Bohr et l'auteur principal de l'étude, cela pourrait forcer à repenser la façon dont les galaxies ont évolué dans l'Univers primitif:
"Cette nouvelle idée peut nous obliger à repenser tout le contexte cosmologique de la façon dont les galaxies brûlent tôt et évoluent en galaxies locales de forme elliptique. Peut-être avons-nous été aveugles au fait que les premières galaxies" mortes "pourraient en fait être des disques, simplement parce que nous n'avons pas pu les résoudre. »
Dans des études précédentes, on a supposé que les galaxies mortes éloignées avaient une structure similaire aux galaxies elliptiques locales dans lesquelles elles ont finalement évolué. Avant cette étude, la confirmation de cette hypothèse n'était pas possible car les instruments actuels ne sont pas assez puissants pour voir aussi loin dans l'espace. Mais en combinant la puissance des lentilles gravitationnelles avec la haute résolution de Hubble, Toft et son équipe ont pu voir clairement cette galaxie morte.
En combinant les mesures de vitesse de rotation du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO avec les données d'archives de l'enquête Cluster Lensing And Supernova avec Hubble (CLASH), ils ont pu déterminer la taille de la galaxie, la masse et l'âge ainsi que sa (défunte) ) taux de formation d'étoiles. En fin de compte, ils ont découvert que la galaxie éloignée est trois fois plus massive que la Voie lactée, bien que seulement la moitié de sa taille, et tourne plus de deux fois plus vite.
La raison pour laquelle cette galaxie a cessé de former des étoiles est encore inconnue et nécessitera des études de suivi à l'aide d'instruments plus sophistiqués. Mais en attendant, il y a quelques théories possibles. Par exemple, cela pourrait être le résultat d'un noyau galactique actif, où un trou noir supermassif au centre de MACS 2129-1 a inhibé la formation d'étoiles en chauffant le gaz de la galaxie et en l'expulsant de la galaxie.
Ou cela peut être le résultat de la diffusion de gaz froid dans le centre de la galaxie où il a été rapidement chauffé et comprimé, l'empêchant ainsi de se refroidir et de former des nuages en formation d'étoiles. Mais quand il s'agit de savoir comment ces types de galaxies mortes précoces auraient pu conduire aux galaxies elliptiques que nous voyons aujourd'hui, Toft et ses collègues pensent qu'ils connaissent la réponse. Comme il l'a expliqué, cela pourrait être par le biais de fusions:
«Si ces galaxies se développent en fusionnant avec des compagnons mineurs, et que ces compagnons mineurs arrivent en grand nombre et sous toutes sortes d'angles différents sur la galaxie, cela finirait par randomiser les orbites des étoiles dans les galaxies. Vous pouvez également imaginer des fusions majeures. Cela détruirait certainement le mouvement ordonné des étoiles. »
Dans les années à venir, Toft et son équipe espèrent profiter du télescope James Webb (qui sera lancé en 2018) pour rechercher d'autres galaxies mortes tôt, dans l'espoir qu'il puisse éclairer les questions non résolues que cette découverte soulève. Et avec la capacité de sonder plus profondément dans l'espace, les astronomes prévoient que beaucoup plus sera révélé sur le début de l'Univers.
