image: Artist's illustration of a dusty, rotating distant galaxy, in the early universe. In this image, the red color represents gas, and blue/brown represents dust as seen in radio waves with ALMA. Many other galaxies are visible in the background, based on optical data from VLT and Subaru. Animated version: https://vimeo.com/467391159/ef7ec0f163. view more
Credit: © B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru
Alors que lUnivers navait quun dixième de son âge actuel, ses galaxies ont connu une poussée de croissance. Cest sur cette période que se sont penchés les scientifiques du projet Alpine (1), en réalisant le premier grand relevé de galaxies lointaines à laide du télescope Alma (2) de lESO. Avec une surprise à la clé : ces galaxies observées au début de leur vie sont bien plus évoluées quattendu. Ces travaux font lobjet dune série darticles dans la revue Astronomy & Astrophysics le 27 octobre 2020, signés notamment par des membres du CNRS et dAix-Marseille Université (3).
Les galaxies ont commencé à se former très tôt dans lhistoire de lUnivers. Pour étudier leur enfance, il faut donc remonter à laube du temps, autrement dit observer des galaxies très lointaines. Le projet Alpine sest penché sur la période entre 1 et 1,5 milliard dannées après le Big bang, quand les premières galaxies ont connu une poussée de croissance. Si des galaxies aussi lointaines avaient déjà été observées, cest la première fois quun si grand nombre est étudié de manière systématique. Des images de 118 galaxies massives (4), obtenues avec les télescopes spatiaux Hubble (en lumière visible) et Spitzer (dans le proche infrarouge), ainsi que des spectres acquis avec les télescopes terrestres VLT et Keck ont été complétés par 70 heures dobservation avec Alma, dans le domaine des ondes submillimétriques (entre linfrarouge et les ondes radio).
Ce dernier instrument permet en effet de quantifier la poussière, signe de maturité pour les galaxies, et le gaz froid, qui informe sur leur vitesse de croissance et le nombre d'étoiles qu'elles peuvent former, ainsi que le mouvement de ce gaz, autrement dit la dynamique des galaxies. Et cest de là que sont venues les surprises. Pour commencer, les galaxies observées se sont révélées très riches en gaz froid, carburant de la formation détoiles mais aussi en poussières, pourtant considérées comme des sous-produits des étoiles en fin de vie. Malgré leur jeune âge, ces galaxies auraient donc déjà formé et vu mourir une première génération détoiles ! Les galaxies étudiées présentent aussi des formes étonnamment variées : certaines sont désordonnées, dautres ont déjà un disque en rotation qui conduira peut-être à une structure en spirale comme dans la Voie lactée, dautres enfin ont été surprises en train de fusionner. Autre élément surprenant : il semblerait que certaines galaxies éjectent du gaz, formant autour delles de mystérieux halos. Ce relevé soulève donc un certain nombre de nouvelles questions sur lévolution précoce des galaxies.
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Notes :
(1) Acronyme signifiant the ALMA Large Program to INvestigate C+ at Early times.
(2) Alma (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ou grand réseau millimétrique/submillimétrique de l'Atacama) est un télescope dédié à l'étude du rayonnement provenant des objets les plus froids de l'Univers, composé de 66 antennes installées dans le désert de lAtacama, dans les Andes chiliennes.
(3) du Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université/CNES) et de lInstitut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Toulouse III Paul Sabatier/ CNES).
(4) Elles ont déjà atteint une masse proche de celle de la Voie lactée aujourdhui.