Par Laurent Sacco, Futura-Sciences
Une grande galaxie spirale observée par les télescopes Hubble et Keck rend quelque peu perplexes les astrophysiciens. Âgée de presque 11 milliards d’années, une tellegalaxie ne devrait être apparue que des milliards d’années plus tard dans l’histoire du cosmos observable. Visiblement, il nous manque encore des pièces du puzzle de la formation et de l’évolution des galaxies.

Un groupe d’astrophysiciens vient de publier dans Nature un article sur la découverte par Hubble de la galaxie BX442. C’est une grande galaxie spirale, comme il en existe de nos jours tout autour de la Voie lactée. La plus célèbre, outre notre Galaxie qui est aussi une spirale, est sans aucun doute celle d’Andromède. De prime abord, BX442 ne semble rien avoir de particulier. Elle n'est pas même la galaxie la plus lointaine connue, dont le record de distance semble être détenu, jusqu’à présent, par SXDF-NB1006-2.

Alors, pourquoi la découverte de cette grande galaxie spirale fait-elle parler d'elle ? Pour le comprendre, il faut savoir que d’après la théorie de la matière noire froide, les galaxies sont les premières structures apparues dans l’univers. Naines pour la plupart, elles ont ensuite fusionné et se sont assemblé pour constituer des amas de galaxies, lesquels se sont regroupés, aboutissant à la structure filamenteuse ponctuée de vides immenses que l’on observe actuellement.

Les simulations basées sur ce scénario, comme Deus qui fait intervenir l'énergie noire, fonctionnent remarquablement bien, même s'il reste encore quelques désaccords avec les observations. En particulier, on ne comprend pas toujours comment de grandes galaxies ont pu se former très tôt dans l’histoire du cosmos, même si des explications sont plausibles, comme la théorie des courants froids.

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Il n'est pas question ici d'image réelle de la galaxie spirale BX442. En effet, l'image brute, reconstruite à partir des observations d'Hubble et du Keck, est plus grossière. Mais elle a permis à un artiste de reconstituer ce que l'on verrait probablement si l'on était beaucoup plus proche de cet astre. © Joe Bergeron, Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics

La découverte de BX442 entre précisément dans ce cas de figure. Au départ, les astronomes avaient débusqué cette galaxie spirale dans un échantillon de 300 galaxies très lointaines présentes sur des images prises par Hubble. Les mesures indiquaient que l’on voyait BX442 telle qu’elle était voici environ 10,7 milliards d’années.

BX442, une vraie galaxie spirale en rotation

Or, d’après la théorie et les observations faites jusqu'à présent, il ne s’est pas encore écoulé suffisamment de temps à cette époque pour que l’immense majorité de l’univers observable, né il y a 13,7 milliards d’années, ne soit pas constituée essentiellement de petites galaxies irrégulières, croissant par des captures successives de galaxies naines. De grandes galaxies, et encore plus avec des structures régulières, comme celles des spirales et elliptiques qui sont communes depuis quelques milliards d’années dans l’univers observable, devaient être rares.

BX442 dérange donc clairement les modèles en vigueur. Tellement, d’ailleurs, que les astrophysiciens ont tout de suite pensé à une illusion d’optique causée par deux images d’objets galactiques superposés. Étant donnée la distance, les observations ne montrent pas une image aussi nette que celles des somptueuses galaxies observées par Hubble, que l’on est habitué à voir.

Pour en avoir le cœur net, les astrophysiciens ont entrepris d’utiliser les instruments plus performants du télescope Keck au sol, pour les mesures spectroscopiques. Ces mesures sont essentielles pour affiner les distances et les vitesses de rotation des étoilesprésentes dans une galaxie. Avec le spectrographe Osiris, les chercheurs ont étudié lesspectres de 3.600 régions des images associées à BX442.

Il a fallu se rendre à l’évidence. Ils étaient bien en présence d’une seule grande galaxie spirale en rotation, déjà bien formée et massive tôt dans l’histoire du cosmos observable. Elle reste quand même une exception, ce qui veut dire qu'elle ne remet nullement en cause l'âge de l'univers et encore moins la théorie du Big Bang.

 

Les plus vieilles galaxies viennent d'être révélées par Hubble
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Les astrophysiciens continuent leur plongée au sein du Ultra Deep Field livré une première fois par Hubble en 2004. Prises par la nouvelle caméra Wide Field Camera 3, des images en infrarouge montrent plus clairement les plus lointaines galaxiesconnues, telles qu'elles étaient quelques centaines de millions d’années seulement après la naissance de l’Univers observable.

Depuis que le télescope spatial Hubble est en orbite, les astronomes et les cosmologistes ont sans cesse cherché à repousser les limites dans l’espace et dans le temps des observations qu'il permet. En 1995, déjà, l'instrument montrait, sur une petite partie de la voûte céleste, des milliers de galaxies telles qu’elles étaient il y a environ 10 milliards d’années et même plus. Les astronomes avaient pour cela enregistré un à un, pendant dix jours, les photons en provenance d’une partie de la constellation de la Grande Ourse, dont la taille angulaire correspondait à celle d’une balle de tennis vue à 100 mètres. Ces observations avaient été rassemblées en une image devenue célèbre et baptisée champ profond de Hubble ou, en anglais, Hubble Deep Field (HDF).

 

 

Une vidéo sur le HUDF, Hubble Ultra Deep Field. Crédit : Esa/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)

De septembre 2003 à janvier 2004, les chercheurs ont récidivé en plongeant encore plus profondément dans l’espace et le temps, brisant au passage la limite des 12 milliards d’années-lumière et s’aventurant même dans le premier milliard d’années de l’Univers observable. L’image obtenue a logiquement été baptisée Hubble Ultra Deep Field(HUDF), c'est-à-dire champ ultra-profond de Hubble. Elle montre cette fois une région de la constellation du Fourneau dont la taille angulaire est celle d’un grain de sable vu à bout de bras !

 

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Cliquer pour agrandir. Le HUDF pris dans l'infrarouge proche par Hubble. Crédit : Nasa-Esa

Des ancêtres naines

 

Les choses n’en sont pas restées là depuis le rétablissement de Hubble et la mise en place de la nouvelle version de la caméra à grand champ, la Wide Field Camera 3(WFC3). Cet outil avait permis de confirmer les observations déjà affinées à l'aide deSpitzer.

Une nouvelle étude du HUDF a donc été réalisée et si elle montre maintenant plus nettement beaucoup de galaxies vieilles de plus de 13 milliards d’années, cela ne change pas l'essentiel des informations qui avaient déjà été déduites des images précédentes, de moindre qualité.

Il n’en reste pas moins que le HUDF de 2009 est l’image la plus lointaine des galaxies dans le domaine du proche infrarouge et, combinée à celle du HUDF de 2004 obtenue dans le visible, elle repousse les limites de ce que l’on sait de l’Univers juste après la fin des âges sombres et la période de la réionisation.

On voit toujours des galaxies naines dont la taille est d’environ un vingtième de celle de la Galaxie avec une couleur particulièrement bleue. Cela est conforme aux prédictions du modèle hiérarchique de la formation des galaxies, découlant de l’existence de lamatière noire froide.

 
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Cliquer pour agrandir. Un zoom sur une partie du HUDF où ont été réalisées les images des plus anciennes galaxies connues (voir la dernière image en fin d'article). Crédit : Nasa-Esa

Les premières galaxies sont bien des naines, pauvres en métaux et en poussières, ce qui explique que le rougissement associé aux galaxies plus récentes par l’absorption de la lumière des étoiles par la matière du milieu interstellaire y soit bien moindre. Ces galaxies naines vont ensuite entrer en collision et fusionner, selon un processus d’accrétion rappelant la formation des planètes du Système solaire à partir des planétésimaux. Au cours du temps, la taille des galaxies doit donc croître et elles doivent se rassembler en amas puis en super amas.

La lumière des galaxies les plus lointaines a cependant été si décalée vers le rouge qu’elle se trouve dans la région du proche infrarouge et qu’il est difficile pour Hubble d'effectuer une spectroscopie précise. Cela signifie qu’il reste des incertitudes sur les distances exactes de ces galaxies et, surtout, qu’il faudra attendre la mise en orbite du successeur de Hubble, le télescope James Webb, pour confirmer que certaines des galaxies observées sont bien à 13,1 milliards d’années-lumière et, également, pour obtenir des images d'objets plus anciens encore.

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Cliquer pour agrandir. Un autre zoom sur une partie du HUDF montrant les plus anciennes galaxies connues (voir la dernière image en fin d'article). Crédit : Nasa-Esa

Les données obtenues avec la WFC3 confirment aussi que le taux de formation des étoile dans ces galaxies naines était trop faible pour soit produite suffisamment de lumière ultraviolette pour réioniser l’Univers autant qu’il l’était à cette époque. Il faudrait donc faire intervenir l’influence des premiers quasars, à moins qu’une génération de protogalaxies bien plus lumineuses n’ait précédé celle observée aujourd’hui par Hubble.

Que de chemin parcouru par l’astronomie depuis la mort d’Hypathie d’Alexandrie !

 


A gauche, des zooms sur l'image du Hubble Ultra Deep Field montrent dans des cercles jaunes des galaxies dont les âges ont été estimés entre 12,9 et 13,1 milliards d'années. Crédit : Nasa, Esa, G. Illingworth, R. Bouwens (University of California, Santa Cruz), the HUDF09 Team

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source:    http://www.futura-sciences.com/fr