Il y a plus de 13 milliards d’années, les premières galaxies de l’Univers se sont formées. Ils étaient elliptiques, avec des trous noirs intermédiaires (IMBH) en leur centre entourés d’un halo d’étoiles, de gaz et de poussière. Au fil du temps, ces galaxies ont évolué en s’aplatissant en disques avec un gros renflement au milieu. Ils ont ensuite été réunis par attraction gravitationnelle mutuelle pour former des amas de galaxies, des collections massives qui composent la structure cosmique à grande échelle. Cette force d’attraction a également conduit à des fusions, où les galaxies et leurs trous noirs centraux se sont réunis pour créer de plus grandes galaxies spirales avec des trous noirs supermassifs centraux (SMBH).
Ce processus de fusions et d’assimilation (et leur rôle dans l’évolution galactique) est encore un mystère pour les astronomes aujourd’hui car une grande partie a eu lieu au début de l’Univers, qui est encore très difficile à observer avec les télescopes existants. En utilisant les données de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA et de l’observatoire international Gemini, une équipe internationale d’astronomes a observé une galaxie lointaine isolée qui semble avoir consommé tous ses anciens compagnons. Leurs conclusions, parues récemment dans Le Journal Astrophysiquesuggèrent que les galaxies de l’Univers primitif se sont développées plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant.
L’équipe de recherche était dirigée par Valentina Missaglia, astrophysicienne postdoctorale à l’Université de Turin. Elle a été rejointe par des collègues de l’Institut national de physique nucléaire (INFN), de l’Observatoire d’astrophysique de Turin, de l’Université du Texas Rio Grande Valley, de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA), du ministère brésilien des Sciences, de la Technologie, de l’Innovation et de Communication (MCTIC), l’Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), le Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, l’Institut d’astronomie théorique et expérimentale (IATE) et l’Institut national d’astrophysique (INAF).
L’équipe a signalé la découverte inattendue d’une galaxie solo (3C 297) à environ 9,2 milliards d’années-lumière. Ils ont également noté qu’il contenait un quasar en son centre et de puissants jets (brillants dans le spectre radio) émanant de ses pôles. L’environnement de cette galaxie semble avoir plusieurs caractéristiques clés d’un amas de galaxies ; néanmoins, la galaxie semble être seule. Comme Missaglia l’a dit dans un communiqué de presse de Harvard-Chandra, “Il semble que nous ayons un amas de galaxies auquel manquent presque toutes ses galaxies”, a-t-elle déclaré. “Nous nous attendions à voir au moins une douzaine de galaxies de la taille de la Voie lactée, mais nous n’en voyons qu’une seule.”
Missaglia et ses collègues ont noté trois caractéristiques associées aux amas de galaxies sur la base des données de Chandra. Premièrement, les données de rayons X ont révélé que 3C 297 est entouré de grandes quantités de gaz à haute température (des dizaines de millions de degrés) – quelque chose de rarement vu en dehors des amas de galaxies. Deuxièmement, le jet relativiste provenant de son SMBH a créé une source de rayons X brillante à environ 140 000 années-lumière, ce qui impliquait qu’il avait traversé le gaz entourant la galaxie. Troisièmement, l’un des jets radio semblait plié, indiquant qu’il interagissait avec son environnement.
Cette dernière découverte a été précédemment observée sur la base des données collectées par le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). Mais lorsque l’équipe a consulté leurs données de l’observatoire Gemini, ils ont remarqué qu’aucune des 19 galaxies qui apparaissaient proches de 3C 297 n’étaient en réalité à la même distance. Dit le co-auteur Juan Madrid, professeur adjoint à l’Université du Texas Rio Grande Valley :
« La question est, qu’est-il arrivé à toutes ces galaxies ? Nous pensons que l’attraction gravitationnelle de la seule grande galaxie combinée aux interactions entre les galaxies était trop forte, et elles ont fusionné avec la grande galaxie. Pour ces galaxies, apparemment, la résistance était vaine.
Bien que les auteurs ne puissent pas exclure la possibilité de galaxies naines situées autour de 3C 297, leur présence n’expliquerait toujours pas pourquoi aucune galaxie plus grande ne se trouve à proximité. De plus, ils prévoient que 3C 297 passera plusieurs milliards d’années par lui-même avant de gagner de grands compagnons galactiques (comme M87 et l’amas de la Vierge). Bien qu’il ne soit pas clair comment 3C 297 s’est retrouvé seul dans un environnement semblable à un amas, l’équipe émet l’hypothèse qu’il pourrait s’agir d’un “groupe fossile” – l’étape finale d’une galaxie fusionnant avec plusieurs autres.
Alors que de nombreux autres groupes de fossiles ont été détectés auparavant, à 9,2 milliards d’années-lumière de distance, celui-ci est le plus éloigné jamais vu. Les précédents détenteurs de records pour les groupes fossiles étaient à 4,9 et 7,9 milliards d’années-lumière (respectivement). “Il peut être difficile d’expliquer comment l’univers peut créer ce système seulement 4,6 milliards d’années après le Big Bang”, a déclaré le co-auteur Mischa Schirmer du MPIA. “Cela ne brise pas nos idées sur la cosmologie, mais cela commence à repousser les limites de la rapidité avec laquelle les galaxies et les amas de galaxies doivent s’être formés.”
Lectures complémentaires : Chandra, Le Journal Astrophysique
