Crédit d'image: Hubble
Une équipe internationale d'astronomes a rassemblé des preuves que les galaxies se sont formées très rapidement après le Big Bang. Cela signifie qu'ils n'ont que 1,5 milliard d'années, une époque où l'Univers n'avait que 10% de son âge actuel. On pense que ces grappes se sont formées si rapidement parce que ces zones étaient incroyablement denses en matière.
En remontant dans le temps près de 9 milliards d'années, une équipe internationale d'astronomes a découvert des galaxies matures dans un univers jeune. Les galaxies sont membres d'un amas de galaxies qui existait lorsque l'univers n'avait que 5 milliards d'années, soit environ 35% de son âge actuel. Cette preuve convaincante que les galaxies doivent avoir commencé à se former juste après le big bang a été renforcée par les observations faites par la même équipe d'astronomes lorsqu'ils ont regardé encore plus loin dans le temps. L'équipe a trouvé des galaxies embryonnaires à peine 1,5 milliard d'années après la naissance du cosmos, soit 10% de l'âge actuel de l'univers. Les «bébés galaxies» résident dans un amas encore en développement, le protoamas le plus éloigné jamais trouvé.
La caméra avancée pour les relevés (ACS) à bord du télescope spatial Hubble de la NASA a été utilisée pour effectuer des observations sur l'amas massif, RDCS 1252.9-2927, et le proto-amas, TN J1338-1942. Les observations de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA ont révélé la teneur en masse et en éléments lourds du RDCS 1252, l'amas le plus massif connu à cette époque. Ces observations font partie d'un effort coordonné de l'équipe scientifique de l'ACS pour suivre la formation et l'évolution des amas de galaxies sur une large gamme de temps cosmique. L'ACS a été construit spécialement pour l'étude de ces objets éloignés.
Ces résultats confirment davantage les observations et les théories selon lesquelles les galaxies se sont formées relativement tôt dans l'histoire du cosmos. L'existence de tels amas massifs dans le premier univers est en accord avec un modèle cosmologique dans lequel les amas se forment à partir de la fusion de nombreux sous-amas dans un univers dominé par la matière sombre froide. La nature précise de la matière noire froide, cependant, n'est pas encore connue.
La première étude de Hubble a estimé que les galaxies du RDCS 1252 formaient la majeure partie de leurs étoiles il y a plus de 11 milliards d'années (à des décalages vers le rouge supérieurs à 3). Les résultats ont été publiés dans le numéro du 20 octobre 2003 de l'Astrophysical Journal. L'auteur principal du document est John Blakeslee de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Md.
La deuxième étude Hubble a découvert, pour la première fois, un proto-cluster de «galaxies infantiles» qui existait il y a plus de 12 milliards d'années (au redshift 4.1). Ces galaxies sont si jeunes que les astronomes peuvent encore voir une rafale d'étoiles se former en leur sein. Les galaxies sont regroupées autour d'une grande galaxie. Ces résultats seront publiés dans le numéro du 1er janvier 2004 de Nature. L'auteur principal de l'article est George Miley de l'Observatoire de Leiden aux Pays-Bas.
"Jusqu'à récemment, les gens ne pensaient pas que les clusters existaient alors que l'univers n'avait que 5 milliards d'années", a expliqué Blakeslee.
«Même s'il existait de tels amas», a ajouté Miley, «jusqu'à récemment, les astronomes pensaient qu'il était presque impossible de trouver des amas qui existaient il y a 8 milliards d'années. En fait, personne ne savait vraiment quand le clustering a commencé. Maintenant, nous pouvons en être témoins. "
Les deux études ont conduit les astronomes à conclure que ces systèmes sont les ancêtres des amas de galaxies observés aujourd'hui. "Le cluster RDCS 1252 ressemble à un cluster actuel", a déclaré Marc Postman du Space Telescope Science Institute à Baltimore, Md., Et co-auteur des deux documents de recherche. "En fait, si vous le mettiez à côté d'un cluster actuel, vous ne sauriez pas lequel est lequel."
Un conte de deux grappes
Comment les galaxies peuvent-elles se développer si rapidement après le big bang? "Il s'agit d'un cas où les riches s'enrichissent", a déclaré Blakeslee. "Ces amas se sont développés rapidement parce qu'ils sont situés dans des régions très denses, donc il y a suffisamment de matière pour construire les galaxies membres très rapidement."
Cette idée est renforcée par les observations aux rayons X de l'amas massif RDCS 1252. Chandra et XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne ont fourni aux astronomes les mesures les plus précises à ce jour des propriétés d'un énorme nuage de gaz chaud qui imprègne l'amas massif. Ce gaz de 160 millions de degrés Fahrenheit (70 millions de degrés Celsius) est un réservoir de la plupart des éléments lourds de l'amas et un traceur précis de sa masse totale. Un article de Piero Rosati de l'Observatoire européen austral (ESO) et ses collègues qui présente les observations aux rayons X du RDCS 1252 sera publié en janvier 2004 dans le Astronomical Journal.
"La vision nette de Chandra a résolu la forme du halo de gaz chauds et a montré que le RDCS 1252 est très mature pour son âge", a déclaré Rosati, qui a découvert le cluster avec le télescope à rayons X ROSAT.
Le RDCS 1252 peut contenir plusieurs milliers de galaxies. La plupart de ces galaxies sont cependant trop faibles pour être détectées. Mais les puissants «yeux» de l'ACS en ont identifié plusieurs centaines. Les observations à l'aide du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO ont fourni une mesure précise de la distance à l'amas. L'ACS a permis aux chercheurs de déterminer avec précision les formes et les couleurs des 100 galaxies, en fournissant des informations sur l'âge des étoiles qui y résident. L'équipe ACS a estimé que la plupart des étoiles de l'amas étaient déjà formées lorsque l'univers avait environ 2 milliards d'années. De plus, les observations aux rayons X ont montré que 5 milliards d'années après le big bang, le gaz chaud environnant s'était enrichi d'éléments lourds de ces étoiles et avait été emporté par les galaxies.
Si la plupart des galaxies du RDCS 1252 ont atteint leur maturité et s'installent dans un âge adulte tranquille, les galaxies en formation dans le proto-amas éloigné sont dans leur jeunesse énergique et turbulente.
Le proto-cluster TN J1338 contient une galaxie embryonnaire massive entourée de galaxies en développement plus petites, qui ressemblent à des points dans l'image Hubble.
La galaxie dominante produit des jets radio-émetteurs spectaculaires, alimentés par un trou noir supermassif au plus profond du noyau de la galaxie. L'interaction entre ces jets et le gaz peut stimuler un torrent de naissance d'étoiles.
La découverte de la radio galaxie énergétique par des radiotélescopes a incité les astronomes à rechercher les galaxies plus petites qui constituent la majeure partie de l'amas.
"Les amas massifs sont les villes de l'univers, et les radio-galaxies en leur sein sont les cheminées que nous pouvons utiliser pour les trouver quand ils commencent à peine à se former", a déclaré Miley.
Les deux résultats soulignent le pouvoir de combiner les observations de nombreux télescopes différents qui ont fourni des vues de l'univers lointain dans une gamme de longueurs d'onde. La caméra avancée de Hubble a fourni des informations essentielles sur la structure des deux amas de galaxies éloignées. La vision aux rayons X de Chandra et XMM-Newton a fourni les mesures essentielles du gaz primordial dans lequel les galaxies du RDCS 1252 sont intégrées, et des estimations précises de la masse totale contenue dans cet amas. De grands télescopes au sol, comme le VLT, ont fourni des mesures précises de la distance des deux amas ainsi que de la composition chimique des galaxies qui s'y trouvent.
L'équipe ACS mène d'autres observations sur des amas éloignés afin de consolider notre compréhension de la façon dont ces jeunes amas et leurs galaxies évoluent pour prendre la forme des choses vues aujourd'hui. Leurs observations prévues incluent l'utilisation d'observations dans le proche infrarouge pour analyser les taux de formation d'étoiles dans certains des groupes cibles, y compris le RDCS 1252, afin de mesurer l'histoire cosmique de la formation d'étoiles dans ces structures massives. L'équipe recherche également dans les régions autour de plusieurs radio-galaxies ultra-éloignées des exemples supplémentaires de proto-amas. L'objectif scientifique ultime de l'équipe est de dresser un tableau complet de l'évolution des grappes en commençant par la formation aux premières époques et en détaillant l'évolution jusqu'à aujourd'hui.
Source d'origine: Communiqué de presse Hubble
