Une galaxie doyenne de l’univers identifiée


 

Ce n’est pas jeune comme galaxie, mais ce qui est étonnant, c’est que c’est Hubble qui l’a détecté. C’est quand même étonnant et difficile à concevoir quand on y pense. Une étoile, une galaxie peut être tellement loin mais que cela peut prendre des milliards d’années pour être vu de notre position
Nuage

Une galaxie doyenne de l’univers identifiée

 

Vue d’artiste de z8_GND_5296 (Crédits photo : V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, NAZA, ESA, A. Aloisi, The Hubble heritage, HST, STSd, and AURA)

Parmi les nombreuses candidates détectées par Hubble, une seule a été confirmée par spectroscopie. Elle aurait 13 milliards d’années. Cela veut dire qu’elle était déjà là 700 millions d’années seulement après le Big-Bang.

La plus vieille galaxie connue de l’Univers a au moins 13 milliards d’années. Pour dire les choses autrement, si l’histoire de l’Univers était représentée sur un mètre, elle se situerait au cinquième centimètre. La vénérable z8_GND_5296, c’est son petit nom, a décroché ce titre de doyenne après une étude menée par des astronomes américains sur plusieurs candidates détectées ces dernières années par le télescope spatial Hubble. Elle est la seule à avoir passé avec succès le «test spectroscopique» de la caméra infrarouge Mosfire du télescope Keck, à Hawaï. Une démarche qui a permis de valider son âge, expliquent Steven Finkelstein et ses collègues dans un article paru dans la revue Nature.

En quoi consistait ce test? Pour le comprendre, il est nécessaire de revenir un instant sur la notion d’âge en astronomie. Lorsqu’on évoque une galaxie «vieille de 13 milliards d’années», on ne parle pas d’une galaxie mourante ou toute ratatinée mais d’un amas d’étoiles dont la lumière a mis 13 milliards d’années à nous parvenir. Comme cet amas est extrêmement loin de nous, nous n’en connaissons que cet état jouvenceau, une photographie prise, en l’occurrence, 700 millions d’années seulement après le big bang. Si cette galaxie existe encore aujourd’hui, elle aurait «au moins 13 milliards d’années». En d’autres termes, les plus «vieux» objets astronomiques sont les plus lointains.

Beaucoup d’éléments plus lourds que l’hélium et l’hydrogène

Conséquence immédiate: déterminer l’âge astronomique d’une galaxie revient à estimer sa distance. Or, plus une galaxie est loin, plus la lumière qui nous en parvient est décalée vers le rouge. Le «test spectroscopique» consiste à utiliser une lumière particulière bien identifiée émise par une galaxie, le rayonnement de l’hydrogène par exemple, et à mesurer son décalage vers le rouge. Sur les 43 galaxies étudiées par les chercheurs, seule z8_GND_5296 émettait ce type de lumière.

«Cela ne veut pas dire que les autres candidates ne sont pas des galaxies aussi lointaines, mais elles sont probablement trop poussiéreuses pour que ce rayonnement ait réussi à s’échapper», explique Pierre-Alain Duc, astrophysicien au CEA.

Cette grande quantité de poussières laisse suggérer que les éléments plus lourds que l’hélium et l’hydrogène étaient beaucoup plus communs qu’on ne l’imaginait dans l’Univers primitif. La doyenne elle-même semble plongée dans un nuage similaire de matière.

«  Nous arrivons aux limites des instruments actuels » François Hammer, astronome à l’Observatoire de Paris

D’autre part, notre plus lointaine ancêtre cosmique se distingue aussi par sa grande activité.

«Elle forme cent fois plus d’étoiles que notre Voie lactée, souligne le chercheur. C’est la première fois qu’une galaxie aussi lointaine présente un tel taux de formation stellaire.»

Or, les modèles cosmologiques actuels peinent à expliquer la présence de tant d’éléments lourds et d’une si grande activité des galaxies.

Néanmoins, la révision des modèles ne se fera pas tout de suite. Il faudra que ces résultats soient confirmés par de nouvelles mesures et des observations similaires sur d’autres galaxies très lointaines. Mais la course à ces galaxies anciennes devient de plus en plus compliquée.

«Nous arrivons aux limites des instruments actuels», souligne François Hammer, astronome à l’Observatoire de Paris.

De nouveaux instruments, notamment le futur télescope spatial James Webb ou l’E-ELT (European Extremely Large Telescope), devraient permettre de poursuivre ces travaux d’archéologie spatiale.

À ce jour, un seul objet astronomique plus lointain que cette galaxie a été identifié: une étoile surprise en pleine explosion. Le flash associé a été émis seulement 625 millions d’années après la naissance de l’Univers. Cette étoile faisait probablement partie d’une galaxie, mais celle-ci n’a jamais pu être observée. Et n’a donc pas (encore) été en mesure de livrer ses secrets.

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