Une équipe internationale d'astronomes, dirigée par des chercheurs du CEA, avec des équipes du CNRS et d'universités (Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot, Université de Provence)
(1), a détecté, pour la première fois dans l'Univers lointain, une galaxie elliptique géante, très semblable à ses cousines de notre Univers local. Cette galaxie, située à 10,1 milliards d'années lumière de la Terre, est observée au moment où l'Univers n'avait que 3,6 milliards d'années. Cette découverte révèle que certaines galaxies elliptiques peuvent déjà atteindre leur taille "adulte", tôt dans l'évolution de l'Univers. Elles coexistent avec d'autres galaxies elliptiques, beaucoup plus petites, qui augmentent de volume au cours du temps. Ces résultats sont publiés dans la revue
Astrophysical Journal Letters.
Pour éclairer les mystères du passé lointain de notre Univers, les chercheurs analysent la lumière de galaxies très éloignées de la Terre. Parmi les galaxies étudiées, les elliptiques intéressent tout particulièrement les astronomes. Ces régions suscitent beaucoup d'interrogations. En effet, les galaxies elliptiques n'étant pas le siège de formation importante d'étoiles, elles devraient avoir une évolution relativement restreinte au cours du temps. Pourtant, il y a quelques années, des images de l'Univers lointain, prises par le télescope spatial Hubble, suggéraient que les galaxies elliptiques lointaines pouvaient être de deux à cinq fois plus petites que leurs consœurs de même masse dans l'Univers proche. Pour atteindre leur taille "adulte", les galaxies elliptiques seraient obligées d'augmenter leur volume, ce qui contredit la théorie.
"Nous voulions trouver d'éventuelles galaxies elliptiques géantes dans l'Univers lointain", indique Masato Onodera, chercheur au CEA. "Pour 'peser' les galaxies lointaines, nous avons utilisé la technique de dispersion des vitesses des étoiles. Plus la taille d'une galaxie de masse donnée est petite, plus les étoiles la constituant doivent tourner rapidement autour du centre de la galaxie pour compenser l'attraction gravitationnelle", ajoute-t-il.
Pour avoir accès à ces données précieuses, les chercheurs se sont tournés vers l'un des plus grands relevés de l'Univers lointain, le projet COSMOS
(2). Ils ont cherché des objets dotés d'une signature spectrale particulière dans le visible et le proche infrarouge, comme celles détectées par la caméra Suprime-Cam
(3) du télescope Subaru, et la caméra WIRCam
(4) du télescope Canada-France-Hawaii
(5). Ils ont ensuite pu utiliser le télescope Subaru
(6) qui, équipé d'un spectrographe et d'une caméra infrarouge multi-objets, a permis d'obtenir les spectres infrarouges des galaxies lointaines étudiées. L'analyse des élargissements des raies spectrales permet ensuite de remonter à la masse et à la taille des galaxies étudiées.
Les chercheurs ont ainsi pu détecter une galaxie elliptique géante, située à 10,1 milliards d'années lumière de la Terre et observée au moment où l'Univers n'avait que 3,6 milliards d'années. Ce résultat apporte la preuve que des galaxies géantes, parvenues à leur stade adulte, coexistent avec d'autres, plus compactes, dans l'Univers primordial
(7). Par ailleurs, cette découverte apporte une pièce supplémentaire au puzzle de la compréhension de l'évolution des galaxies elliptiques. Les chercheurs s'attèlent désormais à quantifier la proportion relative de ces deux types extrêmes de galaxies elliptiques, en fonction du temps cosmique.
Pour en savoir plus:
"
A Z = 1.82 ANALOG OF LOCAL ULTRA-MASSIVE ELLIPTICAL GALAXIES" (pdf).
Notes:
(1) Laboratoire d'Astrophysique, Instrumentation - Modélisation de Paris-Saclay (CEA-Irfu - CNRS - Université Paris Diderot), Institut d'astrophysique de Paris (CNRS - Université Pierre et Marie Curie - OSU/INSU), Laboratoire d'astrophysique de Marseille (CNRS - Université de Provence - Observatoire Astronomique de Marseille Provence - OSU/INSU).
(2) Le projet COSMOS est un relevé astronomique qui a détecté plus de 2 millions de galaxies, et qui implique une centaine de scientifiques du monde entier.
(3) Imageur optique grand champ.
(4) Caméra grand champ, travaillant dans le domaine du proche infrarouge.
(5) Le télescope Canada-France-Hawaii est piloté conjointement par le National Research Council du Canada, l'INSU-CNRS en France et l'Université d'Hawaii.
(6) Le télescope Subaru est situé au Mauna Kea à Hawaï. Il fonctionne en optique et en infrarouge. Il est dirigé par l'Observatoire astronomique national du Japon.
(7) Univers primordial: ensemble des époques anciennes de l'histoire de l'Univers observable.