Des instruments de pointe et des alignements cosmiques parfaits ont permis aux astronomes de pénétrer dans la chambre d’enfant de certaines des plus anciennes galaxies de l’univers.
Un nouvel article publié jeudi dans la revue Nature décrit comment les scientifiques ont utilisé une technique appelée lentille gravitationnelle et une nouvelle technologie spectrographique pour visualiser et caractériser des nuages massifs de gaz connus sous le nom de systèmes Lyman-α amortis, ou DLA, dans l’univers primitif.
Les scientifiques pensent que les galaxies et les étoiles se sont lentement condensées à partir de ces énormes champs de gaz, et le nouvel article décrit deux galaxies naissantes de ce type qui brillaient dans leurs nuages d’origine respectifs il y a environ 11 milliards d’années.
“La chose la plus étonnante au sujet des DLA que nous avons observées est qu’elles ne sont pas uniques – elles semblent avoir des similarités dans leur structure, des galaxies hôtes ont été détectées dans les deux, et leurs masses indiquent qu’elles contiennent assez de carburant pour la prochaine génération de formation d’étoiles”, a déclaré Rongmon Bordoloi, professeur adjoint de physique à l’Université d’État de Caroline du Nord et l’un des auteurs de l’article.
“Avec cette nouvelle technologie à notre disposition, nous allons pouvoir creuser plus profondément la façon dont les étoiles se sont formées dans l’univers primitif”.
Les DLA sont vastes, des dizaines de milliers d’années-lumière de diamètre, et n’émettent pas de lumière elles-mêmes, ce qui rend difficile leur étude par les astronomes. Une méthode consiste à utiliser la lumière des Quasars, des trous noirs supermassifs dont les émissions de lumière optique et ultraviolette sont extrêmement brillantes, pour éclairer les nuages DLA, mais étant donné la taille des nuages, c’est un peu comme utiliser un pointeur laser pour étudier un banc de brouillard dans l’obscurité.
Mais le Dr Bordoloi et ses collègues ont eu un peu de chance : deux DLA qu’ils espéraient étudier étaient alignés avec un amas de galaxies au premier plan. La gravité massive de l’amas de galaxies agit comme une lentille, courbant la lumière des galaxies et des DLA, les étirant et les faisant apparaître plus brillantes.
Cette même technique de lentille gravitationnelle a récemment permis aux astronomes d’obtenir une image de l’étoile unique la plus lointaine jamais découverte, à quelque 12 milliards d’années-lumière de distance.
Un rendu d’artiste montre comment un amas de galaxies (amas à effet de lentille) agit comme une lentille gravitationnelle qui agrandit et étend la lumière d’une galaxie de fond. Il en résulte une image projetée (marquée dans le panneau rectangulaire) qui est plus brillante et plus facile à détecter avec un télescope. Cela a permis aux astronomes d’utiliser l’instrument KCWI de l’Observatoire Keck pour zoomer sur l’image projetée et cartographier le gaz de deux DLA géantes qui ont deux tiers de la taille de la Voie lactée.
(Observatoire W. M. Keck/Adam Makarenko)
“L’avantage de cette méthode est double”, a déclaré le Dr Bordoloi. “D’une part, l’objet en arrière-plan est étendu dans le ciel et brillant, il est donc facile d’effectuer des relevés de spectre sur différentes parties de l’objet. Deuxièmement, comme l’effet de lentille étend l’objet, il est possible de sonder de très petites échelles. Par exemple, si l’objet a une année-lumière de diamètre, nous pouvons étudier de petits morceaux avec une très grande fidélité.”
L’étude actuelle a également utilisé le télescope Keck Observatory II à Hawaï, ainsi que le télescope Keck Observatory et le Keck Cosmic Web Imager, un nouveau spectromètre qui permet aux scientifiques d’étudier les spectres, ou les fréquences du rayonnement électromagnétique, au niveau du pixel par pixel.
Étant donné que la lentille gravitationnelle étire les objets distants, faisant apparaître les galaxies comme des arcs lumineux dans le champ de vision, la version étalée des DLA et de leurs galaxies naissantes a permis d’étudier en détail ces phénomènes distants pour la première fois.
“J’ai attendu cette combinaison pendant presque toute ma carrière : un télescope et un instrument suffisamment puissants, et la nature qui nous a donné un peu de chance pour étudier non pas une, mais deux DLA d’une manière nouvelle et riche”, a déclaré John O’Meara, scientifique en chef à l’Observatoire Keck et co-auteur de l’étude, dans un communiqué. “C’est formidable de voir la science porter ses fruits”.
