Regardez un quasar et une explosion de rayons gamma - deux des objets les plus lumineux de l'Univers - et vous êtes 4 fois plus susceptibles de voir des galaxies intermédiaires devant l'éclatement. Cette conclusion a été tirée par des astronomes de l'UC Santa Cruz, qui ont étudié plus de 50 000 quasars et une poignée d'explosions de rayons gamma. Il ne devrait pas y avoir de connexion entre le quasar ou l'éclatement en arrière-plan, et le nombre de galaxies au premier plan… mais il y en a, et pour le moment cette relation est un mystère complet.
Une étude des galaxies observées le long des lignes de visibilité jusqu'aux quasars et aux sursauts gamma - deux objets extrêmement lumineux et éloignés - a révélé une incohérence déroutante. Les galaxies semblent être quatre fois plus courantes dans le sens des sursauts gamma que dans le sens des quasars.
On pense que les quasars sont propulsés par l'accumulation de matière sur des trous noirs supermassifs au centre de galaxies éloignées. Les sursauts gamma, les affres des étoiles massives, sont les explosions les plus énergétiques de l'univers. Mais il n'y a aucune raison de s'attendre à ce que les galaxies au premier plan soient associées à ces sources de lumière de fond.
"Le résultat contredit nos concepts de base de la cosmologie, et nous avons du mal à l'expliquer", a déclaré Jason X. Prochaska, professeur agrégé d'astronomie et d'astrophysique à l'Université de Californie à Santa Cruz.
Prochaska et l’étudiant diplômé Gabriel Prochter ont dirigé l’enquête, qui a utilisé les données du satellite Swift de la NASA pour obtenir des observations de la rémanence lumineuse et transitoire des sursauts de rayons gamma de longue durée (GRB). Ils ont décrit leurs résultats dans un article accepté pour publication dans Astrophysical Journal Letters. Le document, qui pourrait avoir d'étranges implications cosmologiques, a été une source de débat important parmi les astronomes du monde entier.
L'étude est basée sur un concept assez simple. Lorsque la lumière d'un GRB ou d'un quasar traverse une galaxie de premier plan, l'absorption de certaines longueurs d'onde de lumière par le gaz associé à la galaxie crée une signature caractéristique dans le spectre de la lumière de l'objet distant. Cela fournit un marqueur de la présence d'une galaxie devant l'objet, même si la galaxie elle-même est trop faible pour être observée directement.
Prochter et Prochaska ont analysé 15 GRB dans la nouvelle étude et ont trouvé de fortes signatures d'absorption indiquant la présence de galaxies le long de 14 lignes de visée GRB. Ils avaient précédemment utilisé les données du Sloan Digital Sky Survey (SDSS) pour déterminer l'incidence des galaxies le long des lignes de visibilité jusqu'aux quasars. Sur la base de l'étude des quasars, ils n'auraient prédit que 3,8 galaxies au lieu des 14 détectées le long des lignes de visibilité GRB.
L'analyse des quasars était basée sur plus de 50 000 observations SDSS, donc les données pour les quasars sont beaucoup plus robustes statistiquement que les données pour les GRB, a déclaré Prochaska. Néanmoins, la probabilité que leurs résultats ne soient qu'un hasard statistique est inférieure à environ un sur 10 000, a-t-il déclaré.
Les chercheurs ont examiné trois explications possibles de l'incohérence. Le premier est l'obscurcissement de certains quasars par la poussière dans les galaxies. L'idée est que si un quasar se trouve derrière une galaxie poussiéreuse, il ne serait pas visible, ce qui pourrait fausser les résultats. "Le contre-argument est qu'avec cette énorme base de données d'observations de quasars, l'effet de la poussière a été bien caractérisé et il devrait être minime", a déclaré Prochter.
Une autre possibilité est que les raies d'absorption dans les spectres GRB proviennent du gaz éjecté par les GRB eux-mêmes, plutôt que du gaz dans les galaxies intermédiaires. Mais dans presque tous les cas, lorsque les chercheurs ont examiné de plus près la direction du GRB, ils ont en fait trouvé une galaxie à la même position que le gaz.
La troisième idée est que la galaxie intermédiaire peut agir comme une lentille gravitationnelle, améliorant la luminosité de l'objet d'arrière-plan, et que cet effet est en quelque sorte différent pour les GRB et pour les quasars. Bien que Prochaska ait déclaré qu'il préférait cette explication, plusieurs facteurs rendent improbable une forte lentille des GRB.
"Ceux qui en savent plus que moi sur les lentilles gravitationnelles me disent que ce n'est probablement pas la réponse", a déclaré Prochaska.
Le document, dont un projet est affiché sur un serveur Internet depuis plusieurs semaines, a suscité une large discussion et au moins un nouveau document proposant une explication potentielle. Mais jusqu'à présent, les résultats restent perplexes.
"Beaucoup de gens se sont gratté la tête et la plupart espèrent que cela disparaîtra", a déclaré Prochaska. «L'échantillon GRB est petit, nous aimerions donc tripler ou quadrupler le nombre dans notre analyse. Cela devrait se produire pendant la mission prolongée de Swift, mais cela prendra du temps. »
En plus de Prochaska et Prochter, les auteurs de l'article comprennent Hsiao-Wen Chen de l'Université de Chicago; Joshua Bloom et Ryan Foley de UC Berkeley; Miroslava Dessauges-Zavadsky de l'Observatoire de Genève; Sebastian Lopez de l'Université du Chili; Max Pettini de l'Université de Cambridge; Andrea Dupree du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; et Puragra GuhaThakurta, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz.
Les données utilisées dans cette étude ont été obtenues à l'Observatoire W. M. Keck, à l'Observatoire Gemini, au Very Large Telescope à l'Observatoire Paranal et à l'Observatoire Magellan. Le soutien à cette recherche a été fourni par la National Science Foundation et la NASA.
Source d'origine: communiqué de presse de l'UC Santa Cruz
