Image de l'étude SHARDS. Crédit : équipe de recherche SHARDS
De nouvelles images ont révélé des indices détaillés sur la façon dont les premières étoiles et structures se sont formées dans l'Univers et suggèrent que la formation de la galaxie a pris un départ agité.
Une équipe internationale d'astronomes de l'Université de Nottingham et du Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) a utilisé les données du Le télescope spatial Hubble (HST) et le Gran Telescopio Canarias (GTC), les soi-disant Frontier Fields, pour localiser et étudier certaines des plus petites galaxies les plus faibles de l'univers proche. Cela a révélé que la formation de la galaxie était susceptible d'être agitée. Les premiers résultats viennent d'être publiés dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (MNRAS).
L'une des questions les plus intéressantes auxquelles les astronomes tentent de répondre depuis des décennies est de savoir comment et quand les premières galaxies se sont formées. En ce qui concerne le comment, une possibilité est que la formation des premières étoiles au sein des galaxies ait commencé à un rythme régulier, construisant lentement un système de plus en plus massif. Une autre possibilité est que la formation ait été plus violente et discontinue, avec des poussées intenses mais de courte durée de formation d'étoiles déclenchées par des événements tels que des fusions et une augmentation de l'accrétion de gaz.
"La formation de galaxies peut être comparée à une voiture", explique Pablo G. Pérez-González, l'un des co-auteurs de l'article, affilié au Centro de Astrobiología (CAB/CSIC-INTA) en Espagne, et chercheur principal de la collaboration internationale derrière cette étude. «Les premières galaxies auraient pu avoir un moteur de formation d'étoiles« diesel », ajoutant lentement mais continuellement de nouvelles étoiles, sans beaucoup d'accélération et transformant doucement le gaz en étoiles relativement petites pendant de longues périodes. Ou la formation aurait pu être saccadée, avec des éclats de formation d'étoiles produisant des étoiles incroyablement grandes qui perturbent la galaxie et lui font cesser son activité pendant un certain temps, voire pour toujours. Chaque scénario est lié à différents processus, tels que les fusions de galaxies ou l'influence des trous noirs supermassifs, et ils ont un effet sur le moment et la manière dont le carbone ou l'oxygène, essentiels à notre vie, se sont formés.
En utilisant la puissance de lentille gravitationnelle de certains des amas de galaxies les plus massifs de l'Univers avec les données GTC exceptionnelles provenant d'un projet intitulé Survey for high-z Red and Dead Sources (SHARDS), les astronomes ont recherché des analogues proches des toutes premières galaxies formées dans l'Univers, afin qu'ils puissent être étudiés beaucoup plus en détail.
Le Dr Alex Griffiths de l'Université de Nottingham était l'un des principaux chercheurs britanniques de l'étude, il explique : « Jusqu'à ce que nous ayons le nouveau télescope spatial James Webb, nous ne pouvons pas observer les premières galaxies jamais formées, elles sont tout simplement trop faibles. Nous avons donc recherché des bêtes similaires dans l'Univers voisin et nous les avons disséquées avec les télescopes les plus puissants que nous ayons actuellement.
Les chercheurs ont combiné la puissance des télescopes les plus avancés, tels que HST et GTC, avec l'aide de "télescopes naturels". Le professeur Chris Conselice, de l'Université de Manchester est co-auteur de l'étude, il a déclaré: "Certaines galaxies vivent dans de grands groupes, ce que nous appelons des amas, qui contiennent d'énormes quantités de masse sous forme d'étoiles, mais aussi de gaz et matière noire. Leur masse est si grande qu'ils courbent l'espace-temps et agissent comme des télescopes naturels. Nous les appelons des lentilles gravitationnelles et elles nous permettent de voir des galaxies faibles et lointaines avec une luminosité accrue et à une résolution spatiale plus élevée.
Les observations de certains de ces amas massifs agissant comme des télescopes gravitationnels constituent la base de l'étude Frontier Field. L'étude a montré que la formation de la galaxie était susceptible d'être interrompue par des sursauts d'activité suivis d'accalmies. Le Dr Griffiths de l'Université de Nottingham a déclaré : « Notre principal résultat est que le début de la formation des galaxies est agité, comme un moteur de voiture saccadé, avec des périodes de formation d'étoiles améliorées suivies d'intervalles endormis. Il est peu probable que les fusions de galaxies aient joué un rôle substantiel dans le déclenchement de ces sursauts de formation d'étoiles et c'est plus probablement dû à des causes alternatives qui améliorent l'accrétion de gaz, nous devons recherche pour ces alternatives.
"Nous avons pu trouver ces objets grâce aux données SHARDS de haute qualité couplées aux données d'imagerie du télescope spatial Hubble pour détecter les gaz chauds chauffés par les étoiles nouvellement formées dans de très petites galaxies. Ce gaz chaud émet dans certaines longueurs d'onde, ce que l'on appelle des raies d'émission, tout comme un néon. L'analyse de ces raies d'émission peut donner un aperçu de la formation et de l'évolution d'une galaxie.
"Les observations SHARDS Frontier Fields réalisées avec GTC ont fourni les données les plus profondes jamais prises pour découvrir des galaxies naines à travers leurs raies d'émission, nous permettant d'identifier des systèmes avec une formation d'étoiles récemment déclenchée", ajoute Pérez-González, l'un des co-auteurs de l'article et chercheur principal du projet GTC SHARDS Frontier Fields.
Référence : "Emission Line Galaxies in the SHARDS Frontier Fields I: Candidate Selection and the Discovery of Bursty Ha Emitters" 20 octobre 2021, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stab2566
