Cette impression d’artiste représente la formation d’un amas de galaxies dans l’Univers primitif. Les galaxies forment vigoureusement de nouvelles étoiles et interagissent les unes avec les autres. Une telle scène ressemble beaucoup à la galaxie de la toile d’araignée (officiellement connue sous le nom de MRC 1138-262) et à ses environs, qui est l’un des proto-amas les mieux étudiés. Crédit : ESO/M. Kornmesser
La raison pour laquelle les galaxies de l’amas ne ressemblent pas à celles de tous les autres proto-amas connus est un mystère, selon une équipe dirigée par l’UC Riverside.
Une équipe internationale d’astronomes dirigée par des chercheurs de l’Université de Californie, Riverside, a découvert un amas massif inhabituel de jeunes galaxies en formation dans l’univers primitif. La métropole galactique en expansion récemment découverte, nommée MAGAZ3NE J095924+022537, est un amas de galaxies naissantes, ou protocluster, composé d’au moins 38 galaxies membres, et se trouve à environ 11,8 milliards d’années-lumière de la Terre.
Les amas de galaxies grandissent avec le temps sous l’effet de la gravité et, dans l’univers actuel, peuvent contenir des centaines, voire des milliers de galaxies, ainsi que du gaz chaud et de la matière noire. Au fil du temps, leurs galaxies consomment le carburant disponible et évoluent de galaxies à formation d’étoiles vigoureuse en galaxies rouges et mortes.
Dans l’univers primitif, tous les protoclusters découverts jusqu’à présent sont remplis de galaxies à formation d’étoiles vigoureuse”, a déclaré Ian McConachie, étudiant diplômé du département de physique et d’astronomie de l’UC Riverside et auteur principal de l’article de recherche publié dans le magazine américain “The News”. The Astrophysical Journal. “Mais de façon incroyable, contrairement à tous les autres protoclusters qui ont été trouvés à cette époque, de nombreuses galaxies dans MAGAZ3NE J0959 semblent avoir déjà cessé de former des étoiles.”
Le co-auteur Gillian Wilson, un professeur de physique et d’astronomie à l’UCR dans le laboratoire duquel McConachie travaille, a déclaré que J0959 a été découvert à partir de l’enquête “Massive Ancient Galaxies At Z > ; 3 NEar-infrared,” ou MAGAZ3NE, conçu pour découvrir et étudier les galaxies ultramassives et leurs voisins.
Dans l’univers primitif, tous les protoclusters distants découverts précédemment, comme par exemple “La toile d’araignée” (à gauche : impression d’artiste), sont remplis de galaxies à formation d’étoiles vigoureuse. En revanche, le nouvel amas “MAGAZ3NE J095924+022537” contient une forte proportion de galaxies rouges et mortes comme l’amas voisin “Coma” (à droite). La découverte d’un amas ancien contenant des galaxies qui ressemblent à celles que l’on trouve dans les amas modernes a été une énorme surprise. Crédit : Spiderweb : M. Kornmesser/ESO ; Coma : Russ Carroll, Robert Gendler, & ; Bob Franke/Dan Zowada Memorial Observatory
“Nous voyons ce protocluster tel qu’il est apparu lorsque l’univers avait moins de 2 milliards d’années”, a-t-elle déclaré. “C’est comme si vous preniez un amas comme Coma, le riche amas de galaxies le plus proche de la Terre, et que vous le placiez dans l’univers primitif”.
Le coauteur Benjamin Forrest, un ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Wilson qui est maintenant basé à UC Davis, a expliqué qu’au cœur de MAGAZ3NE J0959 se trouve une galaxie ultramassive qui a déjà formé une masse de plus de 200 milliards de soleils.
“Pourquoi cette galaxie ultramassive et un si grand nombre de ses voisines ont formé la plupart de leurs étoiles puis sont devenues inactives alors que l’univers était encore si jeune, contrairement à d’autres protoclusters connus de la même époque, est un grand mystère”, a-t-il déclaré. “Pourquoi ses galaxies sont si différentes de celles de tous les autres protoclusters connus, et si semblables à celles de Coma, est un mystère complet.”
Forrest a ajouté que MAGAZ3NE J0959 a été découvert depuis le sol, mais l’avènement de nouvelles capacités puissantes, comme le James Webb Space Telescope, should soon reveal whether there are other protoclusters like MAGAZ3NE J0959 packed with dead galaxies waiting to be found in the early universe.
“Should such protoclusters be found in large numbers, it would mean that the current paradigm of protocluster formation would require a major revision,” Forrest said. “A new scenario of protoclusters existing in a diversity of states in the early universe would have to be adopted. With many member galaxies quenching in the first two billion years, this would almost certainly pose significant challenges for current models of galaxy simulation.”
The team used spectroscopic observations from the W. M. Keck Observatory’s Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration, or MOSFIRE, to make detailed measurements of MAGAZ3NE J0959 and precisely quantify its distances.
Closely associated to the question of how ultramassive galaxies form is the question of the environment in which they form, for example, are they always found in overdense environments like protoclusters, or can they also form in isolation? Next, the team plans to study the neighborhood of all other ultramassive galaxies in the MAGAZ3NE survey to answer this question.
Reference: “Spectroscopic Confirmation of a Protocluster at z = 3.37 with a High Fraction of Quiescent Galaxies” by Ian McConachie, Gillian Wilson, Ben Forrest, Z. Cemile Marsan, Adam Muzzin, M. C. Cooper, Marianna Annunziatella, Danilo Marchesini, Jeffrey C. C. Chan, Percy Gomez, Mohamed H. Abdullah, Paolo Saracco and Julie Nantais, 9 February 2022, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac2b9f
Other researchers involved in the study are Cemile Marsan and Adam Muzzin of York University, Canada; Michael Cooper of UC Irvine; Marianna Annunziatella and Danilo Marchesini of Tufts University; Jeffrey Chan and Mohamed Abdullah of UCR; Percy Gomez of Keck Observatory; Paolo Saracco of Astronomical Observatory of Brera, Italy; Julie Nantais of Andrés Bello National University, Santiago, Chile.
The study was supported by grants from the National Science Foundation and NASA.
