 C’est grâce aux toutes premières données du radio télescope ALMA qu’une équipe de chercheurs internationale a réussi à montrer que les sursauts de formation d'étoiles les plus intenses dans l'Univers se sont produits bien plus tôt que ce que l'on pensait. Les résultats sont publiés dans une série d'articles dans l'édition du 14 mars 2013 de la revue Nature ainsi que dans l'Astrophysical Journal. Ce travail de recherche constitue un des exemples les plus récents des découvertes faites avec le nouvel observatoire international ALMA dont l'inauguration a eu lieu en mars 2013.
Les sursauts de formation d'étoiles les plus intenses sont supposés s'être produits dans l'Univers jeune, au sein de galaxies massives et brillantes. Ces galaxies à sursauts d'étoiles convertissent de vastes réservoirs de gaz et de poussières cosmiques en nouvelles étoiles à un rythme effréné – plusieurs centaines de fois plus rapidement que les imposantes galaxies spirales semblables à notre propre galaxie, la Voie Lactée. En scrutant les confins de l'espace peuplés de galaxies si distantes que leur lumière a mis plusieurs milliards d'années à nous parvenir, les astronomes peuvent observer cette période active de l'Univers jeune.
L'équipe internationale de chercheurs a, dans un premier temps, découvert ces lointaines et énigmatiques galaxies à sursauts d'étoiles au moyen du Télescope du Pôle Sud (SPT) de 10 mètres de la Fondation Nationale pour la Science des États-Unis, puis a utilisé le réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) afin d'explorer, dans le moindre détail, le baby boom stellaire dans l'Univers jeune.
L’équipe, composée de chercheurs de McGill dont l’étudiant au doctorat Yashar Hezaveh, auteur principal d’un des trois articles, et des professeurs G. Holder et M. Dobbs, a été surprise de constater que nombre de ces distantes et poussiéreuses galaxies à formation d'étoiles se situent à bien plus grande distance que prévu. Cela implique que ces sursauts de formation d'étoiles se sont produits il y a 12 milliards d'années environ, alors que l'Univers était âgé de moins de 2 milliards d'années – soit 1 milliard d'années plus tôt que ce qui était couramment admis.
Deux de ces galaxies sont les plus distantes jamais observées de leur catégorie– si distantes que leur lumière a été émise lorsque l'Univers était âgé d'un milliard d'années seulement. Qui plus est, des traces de la signature d'eau figure parmi les molécules détectées. Il s'agit là de l'observation la plus éloignée d'eau dans l'Univers publiée à ce jour.
L'équipe a utilisé la sensibilité inégalée d'ALMA pour capturer la lumière en provenance de 26 de ces galaxies. À ces longueurs d'onde millimétriques, la lumière est produite par les molécules de gaz dans ces galaxies, et les longueurs d'onde sont décalées par l'expansion de l'Univers au fil des milliards d'années nécessaires à la lumière pour nous parvenir. En mesurant le décalage des longueurs d'onde, les astronomes peuvent déterminer la durée du trajet effectué par la lumière et situer chaque galaxie dans la chronologie de l'Univers.
Ils ont aussi également bénéficié d'une aide précieuse de la nature : l'effet de lentille gravitationnelle prédit par Einstein dans sa théorie de la relativité générale, qui se manifeste par la distorsion de la lumière émise par une galaxie distante lors de son passage à proximité d'une galaxie située sur la ligne de visée, qui, de par sa gravité, agit similairement à une lentille et fait apparaître la source lointaine plus brillante.
Afin de comprendre et évaluer le gain en luminosité que génère cet effet de lentille gravitationnelle, l'équipe a pris des images plus nettes de ces galaxies en utilisant davantage d'observations d'ALMA à des longueurs d'onde voisines de 0,9 millimètre.
« Ces splendides images d'ALMA montrent les galaxies d'arrière-plan sous l'aspect de multiples arcs de lumière connus sous l'appellation d'anneaux d'Einstein qui encerclent les galaxies d'avant plan – comme nous le montre l’image - », nous dit Yashar Hezaveh (Université McGill, CRAQ), qui a conduit l'étude sur l'effet de lentille gravitationnelle. « Nous utilisons l'énorme quantité de matière noire qui entoure les galaxies à mi-chemin dans l'Univers tout entier tel un télescope cosmique qui amplifie la taille et la luminosité des galaxies encore plus éloignées ».
L'analyse de la distorsion révèle que certaines des galaxies distantes dans lesquelles naissent les étoiles sont aussi brillantes que 40 millions de millions de soleils et que l'effet de lentille gravitationnelle a amplifié de près de 22 fois leur luminosité réelle.
C’est grâce au programme de Stage internationaux du FRQNT 2012 (http://craq-astro.ca/prix3.php?no=43 ) et sa bourse doctoral FRQNT que Yashar Hezaveh a pu s’intégrer à cette équipe de recherche internationale et qu’il a pu publier ses travaux dans les prestigieuses revues Nature et The Astrophysical Journal.
Les trois articles sont disponibles en cliquant sur les liens suivants :
Source :
Chris Chipello
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Renseignements :
Olivier Hernandez, Ph.D.
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