Des astronomes viennent d’identifier la galaxie la plus lointaine jamais découverte

Un objet rouge brillant dans l’Univers primordial a été identifié comme la galaxie la plus éloignée découverte à ce jour.

Il s’agit, ont révélé les astronomes, d’une galaxie qui existait à peine 330 millions d’années après le Big Bang.

Sa faible lumière, étirée par l’expansion de l’Univers, a dû parcourir 13,5 milliards d’années-lumière pour nous parvenir, ici sur Terre.

Les découvreurs ont nommé la galaxie HD1, et cela représente quelque chose d’un mystère. Les scientifiques ne sont pas tout à fait sûrs de ce qu’est la galaxie : qu’il s’agisse d’une galaxie à éclatement d’étoiles, positivement agitée par la formation d’étoiles, ou d’un quasar, avec un trou noir supermassif massif et actif en son centre.

Si c’est ce dernier cas, la croissance du trou noir à une taille supermassive si peu de temps après la création de l’Univers présente un défi pour les modèles de formation et d’évolution des trous noirs.

“Répondre à des questions sur la nature d’une source si éloignée peut être difficile”, explique l’astrophysicien Fabio Pacucci du Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.

“C’est comme deviner la nationalité d’un navire à partir du drapeau qu’il arbore, tout en étant au loin à terre, avec le navire au milieu d’un coup de vent et d’un épais brouillard. On peut peut-être voir certaines couleurs et formes du drapeau, mais pas dans leur intégralité C’est finalement un long jeu d’analyse et d’exclusion de scénarios invraisemblables.”

La détection d’objets de l’Univers primordial est extrêmement difficile. Même les quasars, les objets les plus brillants de tout le cosmos, sont atténués dans les vastes étendues de l’espace-temps, au point que nos télescopes les plus puissants ont du mal à capter leur lumière.

HD1 a été découvert dans le cadre d’une enquête visant à découvrir les galaxies au début de l’Univers, dont les résultats sont détaillés dans un article accepté pour publication dans Le Journal Astrophysiqueet également disponible sur arXiv.

Une analyse de HD1 et d’une deuxième galaxie nommée HD2, presque aussi éloignée, a été acceptée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyet il est également disponible sur arXiv.

L’enquête a utilisé quatre puissants télescopes optiques et infrarouges : le télescope Subaru, le télescope VISTA, le télescope infrarouge britannique et le télescope spatial Spitzer. Entre eux, ils ont accumulé plus de 1 200 heures d’observation, scrutant l’Aube cosmique pour rechercher la lumière dans l’Univers primitif.

“Il a été très difficile de trouver HD1 parmi plus de 700 000 objets”, explique l’astronome Yuichi Harikane de l’Université de Tokyo au Japon.

“La couleur rouge de HD1 correspondait étonnamment bien aux caractéristiques attendues d’une galaxie à 13,5 milliards d’années-lumière, ce qui m’a donné un peu la chair de poule quand je l’ai trouvée.”

La couleur rouge est connue sous le nom de décalage vers le rouge et se produit lorsqu’une source de lumière s’éloigne de nous. Cela fait augmenter la longueur d’onde de la lumière provenant de cette source vers l’extrémité sauveuse du spectre électromagnétique, c’est pourquoi on l’appelle redshifting.

Parce que l’Univers est en expansion, d’autres galaxies semblent décalées vers le rouge ; plus la distance est grande dans l’espace-temps, plus le décalage vers le rouge est important. Cet effet permet aux astronomes de calculer la distance parcourue par la lumière pour nous atteindre.

Mais la lumière de HD1 est déroutante. Il est extrêmement brillant dans les longueurs d’onde ultraviolettes, ce qui suggère qu’un processus très énergétique se déroulait dans la galaxie. Au début, les chercheurs pensaient qu’il s’agissait d’une activité normale d’éclatement d’étoiles – jusqu’à ce qu’ils calculent le nombre d’étoiles qui devraient se former pour produire autant de lumière.

Le nombre était incroyablement élevé, plus de 100 étoiles par an. C’est 10 fois plus que prévu pour une galaxie de l’Univers primordial. Cette tension pourrait cependant être résolue si les étoiles qui naissent n’étaient pas les mêmes que celles que nous voyons naître aujourd’hui.

“La toute première population d’étoiles qui s’est formée dans l’Univers était plus massive, plus lumineuse et plus chaude que les étoiles modernes”, explique Pacucci.

“Si nous supposons que les étoiles produites dans HD1 sont ces premières étoiles, ou étoiles de la population III, alors ses propriétés pourraient être expliquées plus facilement. En fait, les étoiles de la population III sont capables de produire plus de lumière UV que les étoiles normales, ce qui pourrait clarifier l’extrême luminosité ultraviolette ou HD1.”

L’autre option est si la galaxie était un quasar. C’est l’abréviation de “sources radio quasi-stellaires” – le résultat incroyablement brillant d’un noyau galactique actif, avec un trou noir supermassif dévorant la matière à un rythme tel que la chaleur a généré des flamboiements de lumière à travers l’Univers.

Pour produire la lumière observée, le trou noir supermassif devrait être d’environ 100 millions de fois la masse du Soleil, calcule l’équipe.

Cette taille remet sérieusement en question les modèles de croissance des trous noirs supermassifs. C’est très chonky, très tôt dans l’Univers.

“Se formant quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, un trou noir dans HD1 a dû se développer à partir d’une graine massive à un rythme sans précédent”, explique l’astrophysicien Avi Loeb du Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics.

“Une fois de plus, la nature semble être plus imaginative que nous.”

L’équipe espère que les futures observations avec le télescope spatial James Webb, une machine optimisée pour scruter l’Univers primordial, révéleront la nature de cette mystérieuse lumière de l’aube.

La recherche a été acceptée dans Le Journal Astrophysique et le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society† Les articles peuvent être trouvés sur arXiv ici et ici.

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