Même si le vaisseau spatial a épuisé son approvisionnement en liquide de refroidissement à l'hélium liquide nécessaire pour observer l'énergie infrarouge de l'Univers lointain, les données collectées par l'observatoire spatial Herschel de l'ESA aident toujours à percer les mystères cosmiques - comme la façon dont les premières galaxies elliptiques sont devenues si grandes si rapidement, remplissant avec des étoiles puis, assez soudainement, arrêtant complètement la formation des étoiles.
Maintenant, en utilisant les informations initialement collectées par Herschel puis en approfondissant les recherches avec plusieurs autres observatoires spatiaux et terrestres, les chercheurs ont trouvé un «chaînon manquant» dans l'évolution des premiers elliptiques: une énorme fusion d'étincelles d'étoiles de deux galaxies massives, capturées dans l'acte quand l'Univers n'avait que 3 milliards d'années.
C’est une énigme cosmologique de longue date: comment les galaxies massives se sont-elles formées dans le premier Univers? Les observations de grandes galaxies elliptiques éloignées remplies de vieilles étoiles rouges (et de quelques jeunes et brillantes) existant lorsque l'Univers n'avait que quelques milliards d'années ne correspondent tout simplement pas à la façon dont ces galaxies étaient autrefois censées se former - à savoir, à travers accumulation progressive de nombreuses petites galaxies naines.
Mais un tel processus prendrait du temps - beaucoup plus longtemps que quelques milliards d'années. Une autre suggestion est donc que des galaxies elliptiques massives pourraient avoir été formées par la collision et la fusion de grandes galaxies, chacune pleine de gaz, de poussière et de nouvelles étoiles ... et que la fusion déclencherait une formation frénétique d'étoiles encore plus.
L'enquête sur une région brillante découverte pour la première fois par Herschel, nommée HXMM01, a identifié une telle fusion de deux galaxies, distantes de 11 milliards d'années-lumière.
Les énormes galaxies sont reliées par un pont de gaz et chacune a une masse stellaire d'environ 100 milliards de soleils - et elles engendrent de nouvelles étoiles au rythme incroyable d'environ 2 000 par an.
«Nous envisageons une phase plus jeune de la vie de ces galaxies - une explosion d'activité des adolescents qui ne durera pas très longtemps», a déclaré Hai Fu de l'Université de Californie à Irvine, auteur principal d'une nouvelle étude décrivant les résultats. .
Caché derrière de vastes nuages de poussière cosmique, il a fallu aux yeux de Herschel qui cherchent la chaleur pour repérer même HXMM01.
"Ces galaxies qui fusionnent regorgent de nouvelles étoiles et sont complètement cachées par la poussière", a déclaré la co-auteure Asantha Cooray, également de l'Université de Californie à Irvine. "Sans les détecteurs infrarouges lointains de Herschel, nous n'aurions pas pu voir à travers la poussière l'action qui se déroule derrière."
Herschel a d'abord repéré le duo en collision dans des images prises avec une lumière infrarouge à plus longue longueur d'onde, comme le montre l'image ci-dessus sur le côté gauche. Les observations de suivi de nombreux autres télescopes ont aidé à déterminer le degré extrême de formation d'étoiles qui se produit dans la fusion, ainsi que sa masse incroyable.
L'image de droite montre une vue rapprochée, avec les galaxies fusionnées encerclées. Les données rouges proviennent du réseau submillimétrique du Smithsonian Astrophysical Observatory au sommet de Mauna Kea, à Hawaï, et montrent des régions de formation d'étoiles enveloppées de poussière. Les données vertes, prises par le Very Large Array de l'Observatoire national de radioastronomie, près de Socorro, N.M., montrent du monoxyde de carbone dans les galaxies. De plus, le bleu montre la lumière des étoiles.
Bien que les galaxies de HXMM01 produisent des milliers de nouvelles étoiles chaque année que notre propre voie lactée, un taux de formation d'étoiles aussi élevé n'est pas durable. Le réservoir de gaz contenu dans le système sera rapidement épuisé, éteignant davantage la formation d'étoiles et conduisant à une population vieillissante d'étoiles rouges froides de faible masse - «désactivant» efficacement la formation d'étoiles, comme ce qui a été observé dans d'autres premiers elliptiques.
Le Dr Fu et son équipe estiment qu'il faudra environ 200 millions d'années pour convertir tout le gaz en étoiles, le processus de fusion étant achevé en un milliard d'années. Le produit final sera une galaxie elliptique rouge et morte massive d'environ 400 milliards de masses solaires.
L'étude est publiée dans le numéro en ligne du 22 mai de La nature.
En savoir plus sur le communiqué de presse de l'ESA Herschel ici, ainsi que sur le site de la NASA ici. Découvrez également une animation de la fusion galactique ci-dessous:
Crédit image principale: ESA / NASA / JPL-Caltech / UC Irvine / STScI / Keck / NRAO / SAO
