Lorsqu'il s'agit d'étudier certaines des galaxies les plus éloignées et les plus anciennes de l'Univers, un certain nombre de défis se présentent. En plus d'être à des milliards d'années-lumière de distance, ces galaxies sont souvent trop faibles pour voir clairement. Heureusement, les astronomes en sont venus à s'appuyer sur une technique connue sous le nom de lentille gravitationnelle, où la force gravitationnelle d'un grand objet (comme un amas galactique) est utilisée pour améliorer la lumière de ces galaxies plus faibles.
En utilisant cette technique, une équipe internationale d'astronomes a récemment découvert une galaxie éloignée et calme qui serait autrement passée inaperçue. Dirigée par des chercheurs de l'Université d'Hawaï à Manoa, l'équipe a utilisé le télescope spatial Hubble pour effectuer le cas le plus extrême de lentille gravitationnelle à ce jour, ce qui leur a permis d'observer la galaxie faible connue sous le nom de eMACSJ1341-QG-1.
L’étude qui décrit leurs résultats a récemment été publiée dans The Astrophysical Journal Letterssous le titre «Trente fois: lentilles gravitationnelles extrêmes d'une galaxie au repos à z = 1,6 ". Dirigée par Harald Ebeling, astronome de l'Université d'Hawaï à Manoa, l'équipe comprenait des membres du Niels Bohr Institute, du Centre national de recherche scientifique (CNRS), du Space Telescope Science Institute et de l'European Southern Observatory (ESO).
Pour les besoins de leur étude, l'équipe s'est appuyée sur l'amas de galaxies massives connu sous le nom de eMACSJ1341.9-2441 pour agrandir la lumière provenant de eMACSJ1341-QG-1, une galaxie éloignée et plus faible. En termes astronomiques, cette galaxie est un exemple de «galaxie au repos», qui sont essentiellement des galaxies plus anciennes qui ont épuisé en grande partie leurs réserves de poussière et de gaz et ne forment donc pas de nouvelles étoiles.
L'équipe a commencé par prendre des images de la galaxie faible avec le Hubble puis effectuer un suivi observations spectroscopiques en utilisant le spectrographe ESO / X-Shooter - qui fait partie du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire de Paranal au Chili. Sur la base de leurs estimations, l'équipe a déterminé qu'elle était en mesure d'amplifier la galaxie d'arrière-plan d'un facteur 30 pour l'image principale et d'un facteur six pour les deux images restantes.
Cela fait d'eMACSJ1341-QG-1 la galaxie au repos la plus fortement amplifiée découverte à ce jour, et par une marge assez importante! Comme l'a indiqué Johan Richard - astronome adjoint à l'Université de Lyon qui a effectué les calculs de lentille et co-auteur de l'étude - dans un communiqué de presse de l'Université d'Hawaï:
«Le très fort grossissement de cette image nous offre une occasion rare d'étudier les populations stellaires de cet objet éloigné et, finalement, de reconstruire sa forme et ses propriétés non déformées.»
Bien que d'autres grossissements extrêmes aient été effectués auparavant, cette découverte a établi un nouveau record pour le grossissement d'une rare galaxie de fond au repos. Ces galaxies plus anciennes sont non seulement très difficiles à détecter en raison de leur luminosité plus faible; leur étude peut révéler des choses très intéressantes sur la formation et l'évolution des galaxies dans notre Univers.
Comme Ebeling, astronome de l'Institut d'astronomie de l'UH et auteur principal de l'étude, a expliqué:
«Nous nous spécialisons dans la recherche d'amas extrêmement massifs qui agissent comme des télescopes naturels et nous avons déjà découvert de nombreux cas passionnants de lentilles gravitationnelles. Cette découverte se démarque, cependant, comme l'énorme grossissement fourni par eMACSJ1341 nous permet d'étudier en détail un type de galaxie très rare. »
Les galaxies au repos sont courantes dans l'Univers local, représentant le point final de l'évolution galactique. En tant que telle, cette découverte record pourrait fournir des opportunités uniques pour étudier ces anciennes galaxies et déterminer pourquoi la formation d'étoiles s'est terminée en elles. Comme Mikkel Stockmann, membre de l'équipe de l'Université de Copenhague et spécialiste de l'évolution des galaxies, a expliqué:
«[A] s nous regardons des galaxies plus éloignées, nous regardons aussi en arrière dans le temps, donc nous voyons des objets qui sont plus jeunes et qui n'auraient pas encore dû épuiser leur approvisionnement en gaz. Comprendre pourquoi cette galaxie a déjà cessé de former des étoiles peut nous donner des indices critiques sur les processus qui régissent l'évolution des galaxies. »
Dans la même veine, récent des études ont été menées qui suggèrent que la présence d'un trou noir supermassif (SMBH) pourrait être à l'origine de la mise au repos des galaxies. Alors que les jets puissants que ces trous noirs créent commencent à drainer le noyau des galaxies de leur poussière et de leur gaz, les étoiles potentielles se retrouvent privées de la matière dont elles auraient besoin pour subir un effondrement gravitationnel.
Entre-temps, des observations de suivi de l'eMACSJ1341-QG1 sont menées à l'aide de télescopes à l'Observatoire de Paranal au Chili et aux Observatoires de Maunakea à Hawaï. Ce que ces observations révèlent est sûr de nous en dire beaucoup sur ce que deviendra un jour notre propre galaxie de la Voie lactée, lorsque la dernière poussière et le gaz seront épuisés et que toutes ses étoiles deviendront des géantes rouges et des naines rouges à longue durée de vie.
